1 2 3 4 Definicija i predmet izučavanja hidrologije opis
najznačajnije povijesti podjela na grupe glavni zadaci hidrologije
Hidrologija je znanost koja proučava vremensku i prostornu pojavu vode na
Zemlji i zakone njenog stalnog kruţenja
Predmet izučavanja je proces gibanja vode u prirodi
1 atmosfera ndash zemlja
2 zemlja ndash podzemlje
3 podzemlje ndash zemlja
4 zemlja ndash atmosfera
Početak hidrologije je oko 1000 gprKr
Početak mjerenja u hidrologiji je u renesansi (Leonardo da Vinci)
1586 ndash mjerenje oboorina i protoke
1922 ndash hidrologija nije više područje geotehnike konferencija međunarodne
Unije za geotehniku i geodeziju osnovano je međunarodno udruţenje za
hidrologiju (IASH)
Podjela
Oceanologija ndash proučava vode oceana i mora
Hidrologija kopna ndash proučava vode na i ispod zemljine površine
Hidrometeorologija ndash gibanje vode u atmosferi
Potamologija ndash proučava površinske tokove
Limnologija ndash proučava slatke vode stajačice
Kriologija ndash proučava vode u obliku snijega i leda
Hidrogeologija ndash proučava kretanje podzemnih voda
Glavni zadaci hidrologije se mogu sagledati kroz 2 područja hidrološke
djelatnosti
1 a) prikupljanje
1 b) obrada hidroloških podloga (opaţanja mjerenja)
2 a) sustavno analiziranje hidroloških podloga koristeći suvremene teorijske
spoznaje
2 b) oblikovanje rezultata od provedenih istraţivanja na način primjeren
potrebama inţenjerske prakse
Hidrologija daje podloge za rješavanje hidrotehničkih problema sa stajališta
hidrotehnike naročit naglasak u primjeni hidrologije je utvrđivanje vodnih
količina
5 Što je hidrometrija i čemu sluţi
Hidrometrija je grana hidrologije koja se bavi mjerenjem hidroloških pojava i
osnovnom obradom podataka dobivenih tim mjerenjem
- sluţi za izradu matematičkih modela za programiranje vodnih količina
- posebno su značajna mjerenja i opaţanja na več izvedenim objektima i
vodoprivrevnim sustavima jer se stječu iskustva za projektiranje novih
objekata i sustava
6 7 Objasnite osnovne i izvedene fizikalne veličine
Vrijednosti osnovnih fizikalnih veličina dobiju se neposrednim fizikalnim
mjerenjima posebnim fizikalnim postupcima
Vrijednosti izvedenih fizikalnih veličina dobiju se definicijskim jednadţbama
koje povezuju osnovne fizikalne veličine
- osnovne fizikalne veličine i mjerne jedinice su
Duljina l metar m
Masa m kilogram kg
Vrijeme t sekunda s
Električna struja I amper A
Temperatura T kelvin K
Količina tvari n mol mol
Intenzitet Iv candela cal
- izvedene veličine
Površina A=x2 m2 1 m2 je ploha kvadrata kojemu je duljina
stranice x=1 m
Volumen V=x3 m3 1 m3 je volumen kocke brida x=1 m
Frekvencija f Hz=s-1 1 Hz je frekvencija jedinične pojave
kojoj period traje 1 s
Brzina v ms 1 ms jednak je brzini tijela koe
jednolikim gibanjem prijeđe 1 m za 1 s
Ubrzanje a ms2 1 ms2 jednak je ubrzanju tijela kojem se
brzina za 1 s jednoliko mijenja za 1 ms
Gustoća ρ=mV kgm3 gustoća homogenog tijela kojem je masa
1 kg a volumen 1 m3
Sila F=m a N 1 N je sila koja tijelo mase 1 kg ubrzava
za 1 ms2
Teţina G=m g N djelovanje gravitacije na masu tijela
dobivamo teţinu tog tijela
Specifična teţina γ=ρ g Nm3 teţina tijela volumena 1 m3
Tlak p=FA Pa tlak što ga proizvodi sila od 1 N na
površini od 1 m2
Energija rad E=F s J je jednaka radu što ga sila od 1 N
svladava na putu od 1 m
Snaga P=E t W Snaga kojom se obavi rad od 1 J u 1 s
odnosno obavljeni rad u jedinici vremena
8 Objasnite hidrološki ciklus glavne procese u njemu i zalihe vode
Hidrološki ciklus je proces obnavljanja i kruţenje vode na zemlji Zemlja je
zatvoreni hidrološki sustav (atmosfera litosfera)
- osnovni procesi kruţenja vode u zemjinom hidrološkom sustavu
- oborine (P)
- isparavanje (E)
- otjecanje (O)
Pri tome vrijedi relacija P=E+O
Vodne zalihe slana voda 1320 106 km3 (97)
slatka voda 40 106 km3 (03)
9 10 Što je vodna bilanca i kako je koristimo u hidrologiji
napiši opću jednadţbu te opišite njene djelove
Vodna bilanca je rezultat analize hidroloških procesa kao dijelova hidroloških
ciklusa na određenom prostoru u određenom vremenu
Osnovni hidrološki procesi u vodnoj bilanci
- oborine ndash U(t) ndash ulazna veličina
- isparavanje i otjecanje ndash I(t) ndash izlazna veličina
- pri tome vrijedi jednakost U-I=plusmnΔW
ΔW ndash promjena vodnih količina na prostoru
odnosno ako je ΔW -gt0 =gt P=O1+O2+E
O1 ndash brzo površinsko otjecanje
O2 ndash sporo površinsko otjecanje
- jednadţba vodne bilance
H+Qdd+Qbd-E-Qdo-Qbo=plusmnΔV
H ndash ukupne oborine
Qdd ndash ukupni direktni (brzi površinski) dotok s drugih područja
Qbd ndash ukupni bazni (spori podzemni) dotok s drugih područja
E ndash ukupno isparavanje
Qdo ndash ukupno direktno (površinsko i brzo podpovršinsko) otjecanje
Qbo ndash ukupno bazno (podzemno i sporo podpovršinsko) otjecanje
ΔV ndash ukupna promjena volumena vode
11 Definirajte atmosferu i prikaţite njezinu podjelu i osobine
Atmosfera je plinoviti zračni omotač oko zemlje debljine cca 100 km sadrţi
vodu u sva tri agregatna stanja
Gustoća atmosfere postepeno opada s visinom do visine od 20km nalazi se 90
mase atmosfere a 23 ispod 10km gustoća atmosfere opada i s porastom
temperature
U troposferi se praktički nalazi sva atmosferska vlaga formiraju se oblaci i
oborine
12 Definirajte vrijeme i klimu nekog prostora
Vrijeme je trenutno zbivanje u atmosferi odnosno trenutno stvarno
fizičko stanje meteoroloških pojava i elemenata koje se događa na određenom
prostoru u određenom vremenu
Klima je prosječno stanje atmosfere nad nekim područjem Zemljine
površine u određenom razdoblju Klima ovisi o zemljopisnim i klimatskim
elementima Klimatski se elementi sastoje od gibanja zraka (vjetar temp zraka
atmosferska vlaga) i oborina (kiša snijeg led itd)
13 14 15 16 Napišite i definirajte ukupnu energetsku bilancu
zemljine površine instrumenti za mjerenje energije pojedinih komponenti
energetske bilance odnosi u pojedinih komponentienergetske bilance
latentna toplina u ukupnoj energetskoj bilanci
Sunčevo zračenje
1) kratkovalno zračenje (03 ndash 3 μ) QKV
direktno sunčevo zračenje (S)
difuzno nebesko zračenje (D)
reflektivno zračenje (R)
QKV=(S+D)-R
2) dugovalno zračenje (3 ndash 50 μ) QDV
zračenje atmosfere prema zemlji (A)
izračivanje zemlje (E)
reflektirano zračenje (r)
QDV=A-E-rA
Ukupna toplotna bilanca Qu=QKV+QDV
- za atmosferu -19
- za zemlju +19
Toplotna bilanca je analiza sunčevog zračenja i zemljinog izračivanja
Zračenje sunca (insolacija) - najveći dio emitirane energijeje u obliku
kratkovalnog zračenja i svijetla (samo jedan dio dospijeva do zemljine povvršine
a preostala energija se reflektira rasipa ili ju upije atmosfera)
Zračenje površine zemlje (terestička radijacija) ndash zbog niske srednje
temperature (14degC) njeno zračenje je dugovalno i tamno
Instrumenti
Heliograf ndash obavlja mjerenje trajanja zraćenja kratkovalne keb
Piranometar pirheliometar pirradiometar bilancometar aktinograf
- mjerenje pojedinih komponenti zraćenja i izraćivanja kratkovalnih i
dugovalnih keb
- odnosi u pojedinih komponenti energetske bilance zemlje
Latentna toplina je toplina koju voda iskoristi da promjeni svoje agregatno
stanje (unutrašnja energija vode)
17 18 19 Definicija tlaka zraka i pojam barične stope normalni
tlak zraka instrumenti
Tlak zraka (atmosferski tlak) je tlak stupca zraka (atmosfere) na horizontalnu
površinu 1 m2
Jedinica za mjerenje tlaka zraka je pascal Pa=Nm2 ili bar
Barična stopa je visina za koju se moramo podići ili spustiti a da bi se veličina
atmosferskog pritiska promjenila za jedinicu odnosno 1 Pa
Normalni tlak zraka
U inţenjerskim se proračunima najčešće uzima vrijednost atmosferskog
tlaka Pa=1 bar ndash ovaj tlak zraka naziva se normalni atmosferski tlak
(odgovara tlaku vodnog stupca visine h=10m)
Teţina stupca zraka na morskoj razini pri normalnoj temperaturi i
vlaţnosti a iznosi 1013 Hpa
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima
a) ţivin barometar ndash određivanje visine stupca ţive drţi drţi ravnoteţu
stupcu zraka (staklena cijev s apsolutnim vakuumom)
b) aneroid ndash (glavni dio senzor) hermetički zatvorena kutija od valovitog lima
ndash djelomičan ili potpun vakuum promjenom tlaka pomiću se stjenke kutije ndash
prenose na podlogu tj pokazivač
- mjerenje kontinuiranim biljeţenjem
Barograf ndash izrađen na principu aneroida zapisom biljeţi na papirnatu traku
ili elektronski
Jedinice Pascal ndash Pa ndash hPa=102 Pa
Bar ndash b ndash mb=10-3 b
1 mb=1 hPa
20 Objasnite pojam ciklone i anticilone
Ciklona je prostor na kojem vlada niski tlak zraka gibanje je obrnuto od smjera
kazaljke sata s teţištem prema centru ciklone smanjuje se gustoća
Anticiklona je područje obuhvaćeno visokim tlakom zraka gustoća i tlak se
povećavaju a gibanje je od centra prema van u smjeru kazaljke sata
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
5 Što je hidrometrija i čemu sluţi
Hidrometrija je grana hidrologije koja se bavi mjerenjem hidroloških pojava i
osnovnom obradom podataka dobivenih tim mjerenjem
- sluţi za izradu matematičkih modela za programiranje vodnih količina
- posebno su značajna mjerenja i opaţanja na več izvedenim objektima i
vodoprivrevnim sustavima jer se stječu iskustva za projektiranje novih
objekata i sustava
6 7 Objasnite osnovne i izvedene fizikalne veličine
Vrijednosti osnovnih fizikalnih veličina dobiju se neposrednim fizikalnim
mjerenjima posebnim fizikalnim postupcima
Vrijednosti izvedenih fizikalnih veličina dobiju se definicijskim jednadţbama
koje povezuju osnovne fizikalne veličine
- osnovne fizikalne veličine i mjerne jedinice su
Duljina l metar m
Masa m kilogram kg
Vrijeme t sekunda s
Električna struja I amper A
Temperatura T kelvin K
Količina tvari n mol mol
Intenzitet Iv candela cal
- izvedene veličine
Površina A=x2 m2 1 m2 je ploha kvadrata kojemu je duljina
stranice x=1 m
Volumen V=x3 m3 1 m3 je volumen kocke brida x=1 m
Frekvencija f Hz=s-1 1 Hz je frekvencija jedinične pojave
kojoj period traje 1 s
Brzina v ms 1 ms jednak je brzini tijela koe
jednolikim gibanjem prijeđe 1 m za 1 s
Ubrzanje a ms2 1 ms2 jednak je ubrzanju tijela kojem se
brzina za 1 s jednoliko mijenja za 1 ms
Gustoća ρ=mV kgm3 gustoća homogenog tijela kojem je masa
1 kg a volumen 1 m3
Sila F=m a N 1 N je sila koja tijelo mase 1 kg ubrzava
za 1 ms2
Teţina G=m g N djelovanje gravitacije na masu tijela
dobivamo teţinu tog tijela
Specifična teţina γ=ρ g Nm3 teţina tijela volumena 1 m3
Tlak p=FA Pa tlak što ga proizvodi sila od 1 N na
površini od 1 m2
Energija rad E=F s J je jednaka radu što ga sila od 1 N
svladava na putu od 1 m
Snaga P=E t W Snaga kojom se obavi rad od 1 J u 1 s
odnosno obavljeni rad u jedinici vremena
8 Objasnite hidrološki ciklus glavne procese u njemu i zalihe vode
Hidrološki ciklus je proces obnavljanja i kruţenje vode na zemlji Zemlja je
zatvoreni hidrološki sustav (atmosfera litosfera)
- osnovni procesi kruţenja vode u zemjinom hidrološkom sustavu
- oborine (P)
- isparavanje (E)
- otjecanje (O)
Pri tome vrijedi relacija P=E+O
Vodne zalihe slana voda 1320 106 km3 (97)
slatka voda 40 106 km3 (03)
9 10 Što je vodna bilanca i kako je koristimo u hidrologiji
napiši opću jednadţbu te opišite njene djelove
Vodna bilanca je rezultat analize hidroloških procesa kao dijelova hidroloških
ciklusa na određenom prostoru u određenom vremenu
Osnovni hidrološki procesi u vodnoj bilanci
- oborine ndash U(t) ndash ulazna veličina
- isparavanje i otjecanje ndash I(t) ndash izlazna veličina
- pri tome vrijedi jednakost U-I=plusmnΔW
ΔW ndash promjena vodnih količina na prostoru
odnosno ako je ΔW -gt0 =gt P=O1+O2+E
O1 ndash brzo površinsko otjecanje
O2 ndash sporo površinsko otjecanje
- jednadţba vodne bilance
H+Qdd+Qbd-E-Qdo-Qbo=plusmnΔV
H ndash ukupne oborine
Qdd ndash ukupni direktni (brzi površinski) dotok s drugih područja
Qbd ndash ukupni bazni (spori podzemni) dotok s drugih područja
E ndash ukupno isparavanje
Qdo ndash ukupno direktno (površinsko i brzo podpovršinsko) otjecanje
Qbo ndash ukupno bazno (podzemno i sporo podpovršinsko) otjecanje
ΔV ndash ukupna promjena volumena vode
11 Definirajte atmosferu i prikaţite njezinu podjelu i osobine
Atmosfera je plinoviti zračni omotač oko zemlje debljine cca 100 km sadrţi
vodu u sva tri agregatna stanja
Gustoća atmosfere postepeno opada s visinom do visine od 20km nalazi se 90
mase atmosfere a 23 ispod 10km gustoća atmosfere opada i s porastom
temperature
U troposferi se praktički nalazi sva atmosferska vlaga formiraju se oblaci i
oborine
12 Definirajte vrijeme i klimu nekog prostora
Vrijeme je trenutno zbivanje u atmosferi odnosno trenutno stvarno
fizičko stanje meteoroloških pojava i elemenata koje se događa na određenom
prostoru u određenom vremenu
Klima je prosječno stanje atmosfere nad nekim područjem Zemljine
površine u određenom razdoblju Klima ovisi o zemljopisnim i klimatskim
elementima Klimatski se elementi sastoje od gibanja zraka (vjetar temp zraka
atmosferska vlaga) i oborina (kiša snijeg led itd)
13 14 15 16 Napišite i definirajte ukupnu energetsku bilancu
zemljine površine instrumenti za mjerenje energije pojedinih komponenti
energetske bilance odnosi u pojedinih komponentienergetske bilance
latentna toplina u ukupnoj energetskoj bilanci
Sunčevo zračenje
1) kratkovalno zračenje (03 ndash 3 μ) QKV
direktno sunčevo zračenje (S)
difuzno nebesko zračenje (D)
reflektivno zračenje (R)
QKV=(S+D)-R
2) dugovalno zračenje (3 ndash 50 μ) QDV
zračenje atmosfere prema zemlji (A)
izračivanje zemlje (E)
reflektirano zračenje (r)
QDV=A-E-rA
Ukupna toplotna bilanca Qu=QKV+QDV
- za atmosferu -19
- za zemlju +19
Toplotna bilanca je analiza sunčevog zračenja i zemljinog izračivanja
Zračenje sunca (insolacija) - najveći dio emitirane energijeje u obliku
kratkovalnog zračenja i svijetla (samo jedan dio dospijeva do zemljine povvršine
a preostala energija se reflektira rasipa ili ju upije atmosfera)
Zračenje površine zemlje (terestička radijacija) ndash zbog niske srednje
temperature (14degC) njeno zračenje je dugovalno i tamno
Instrumenti
Heliograf ndash obavlja mjerenje trajanja zraćenja kratkovalne keb
Piranometar pirheliometar pirradiometar bilancometar aktinograf
- mjerenje pojedinih komponenti zraćenja i izraćivanja kratkovalnih i
dugovalnih keb
- odnosi u pojedinih komponenti energetske bilance zemlje
Latentna toplina je toplina koju voda iskoristi da promjeni svoje agregatno
stanje (unutrašnja energija vode)
17 18 19 Definicija tlaka zraka i pojam barične stope normalni
tlak zraka instrumenti
Tlak zraka (atmosferski tlak) je tlak stupca zraka (atmosfere) na horizontalnu
površinu 1 m2
Jedinica za mjerenje tlaka zraka je pascal Pa=Nm2 ili bar
Barična stopa je visina za koju se moramo podići ili spustiti a da bi se veličina
atmosferskog pritiska promjenila za jedinicu odnosno 1 Pa
Normalni tlak zraka
U inţenjerskim se proračunima najčešće uzima vrijednost atmosferskog
tlaka Pa=1 bar ndash ovaj tlak zraka naziva se normalni atmosferski tlak
(odgovara tlaku vodnog stupca visine h=10m)
Teţina stupca zraka na morskoj razini pri normalnoj temperaturi i
vlaţnosti a iznosi 1013 Hpa
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima
a) ţivin barometar ndash određivanje visine stupca ţive drţi drţi ravnoteţu
stupcu zraka (staklena cijev s apsolutnim vakuumom)
b) aneroid ndash (glavni dio senzor) hermetički zatvorena kutija od valovitog lima
ndash djelomičan ili potpun vakuum promjenom tlaka pomiću se stjenke kutije ndash
prenose na podlogu tj pokazivač
- mjerenje kontinuiranim biljeţenjem
Barograf ndash izrađen na principu aneroida zapisom biljeţi na papirnatu traku
ili elektronski
Jedinice Pascal ndash Pa ndash hPa=102 Pa
Bar ndash b ndash mb=10-3 b
1 mb=1 hPa
20 Objasnite pojam ciklone i anticilone
Ciklona je prostor na kojem vlada niski tlak zraka gibanje je obrnuto od smjera
kazaljke sata s teţištem prema centru ciklone smanjuje se gustoća
Anticiklona je područje obuhvaćeno visokim tlakom zraka gustoća i tlak se
povećavaju a gibanje je od centra prema van u smjeru kazaljke sata
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Teţina G=m g N djelovanje gravitacije na masu tijela
dobivamo teţinu tog tijela
Specifična teţina γ=ρ g Nm3 teţina tijela volumena 1 m3
Tlak p=FA Pa tlak što ga proizvodi sila od 1 N na
površini od 1 m2
Energija rad E=F s J je jednaka radu što ga sila od 1 N
svladava na putu od 1 m
Snaga P=E t W Snaga kojom se obavi rad od 1 J u 1 s
odnosno obavljeni rad u jedinici vremena
8 Objasnite hidrološki ciklus glavne procese u njemu i zalihe vode
Hidrološki ciklus je proces obnavljanja i kruţenje vode na zemlji Zemlja je
zatvoreni hidrološki sustav (atmosfera litosfera)
- osnovni procesi kruţenja vode u zemjinom hidrološkom sustavu
- oborine (P)
- isparavanje (E)
- otjecanje (O)
Pri tome vrijedi relacija P=E+O
Vodne zalihe slana voda 1320 106 km3 (97)
slatka voda 40 106 km3 (03)
9 10 Što je vodna bilanca i kako je koristimo u hidrologiji
napiši opću jednadţbu te opišite njene djelove
Vodna bilanca je rezultat analize hidroloških procesa kao dijelova hidroloških
ciklusa na određenom prostoru u određenom vremenu
Osnovni hidrološki procesi u vodnoj bilanci
- oborine ndash U(t) ndash ulazna veličina
- isparavanje i otjecanje ndash I(t) ndash izlazna veličina
- pri tome vrijedi jednakost U-I=plusmnΔW
ΔW ndash promjena vodnih količina na prostoru
odnosno ako je ΔW -gt0 =gt P=O1+O2+E
O1 ndash brzo površinsko otjecanje
O2 ndash sporo površinsko otjecanje
- jednadţba vodne bilance
H+Qdd+Qbd-E-Qdo-Qbo=plusmnΔV
H ndash ukupne oborine
Qdd ndash ukupni direktni (brzi površinski) dotok s drugih područja
Qbd ndash ukupni bazni (spori podzemni) dotok s drugih područja
E ndash ukupno isparavanje
Qdo ndash ukupno direktno (površinsko i brzo podpovršinsko) otjecanje
Qbo ndash ukupno bazno (podzemno i sporo podpovršinsko) otjecanje
ΔV ndash ukupna promjena volumena vode
11 Definirajte atmosferu i prikaţite njezinu podjelu i osobine
Atmosfera je plinoviti zračni omotač oko zemlje debljine cca 100 km sadrţi
vodu u sva tri agregatna stanja
Gustoća atmosfere postepeno opada s visinom do visine od 20km nalazi se 90
mase atmosfere a 23 ispod 10km gustoća atmosfere opada i s porastom
temperature
U troposferi se praktički nalazi sva atmosferska vlaga formiraju se oblaci i
oborine
12 Definirajte vrijeme i klimu nekog prostora
Vrijeme je trenutno zbivanje u atmosferi odnosno trenutno stvarno
fizičko stanje meteoroloških pojava i elemenata koje se događa na određenom
prostoru u određenom vremenu
Klima je prosječno stanje atmosfere nad nekim područjem Zemljine
površine u određenom razdoblju Klima ovisi o zemljopisnim i klimatskim
elementima Klimatski se elementi sastoje od gibanja zraka (vjetar temp zraka
atmosferska vlaga) i oborina (kiša snijeg led itd)
13 14 15 16 Napišite i definirajte ukupnu energetsku bilancu
zemljine površine instrumenti za mjerenje energije pojedinih komponenti
energetske bilance odnosi u pojedinih komponentienergetske bilance
latentna toplina u ukupnoj energetskoj bilanci
Sunčevo zračenje
1) kratkovalno zračenje (03 ndash 3 μ) QKV
direktno sunčevo zračenje (S)
difuzno nebesko zračenje (D)
reflektivno zračenje (R)
QKV=(S+D)-R
2) dugovalno zračenje (3 ndash 50 μ) QDV
zračenje atmosfere prema zemlji (A)
izračivanje zemlje (E)
reflektirano zračenje (r)
QDV=A-E-rA
Ukupna toplotna bilanca Qu=QKV+QDV
- za atmosferu -19
- za zemlju +19
Toplotna bilanca je analiza sunčevog zračenja i zemljinog izračivanja
Zračenje sunca (insolacija) - najveći dio emitirane energijeje u obliku
kratkovalnog zračenja i svijetla (samo jedan dio dospijeva do zemljine povvršine
a preostala energija se reflektira rasipa ili ju upije atmosfera)
Zračenje površine zemlje (terestička radijacija) ndash zbog niske srednje
temperature (14degC) njeno zračenje je dugovalno i tamno
Instrumenti
Heliograf ndash obavlja mjerenje trajanja zraćenja kratkovalne keb
Piranometar pirheliometar pirradiometar bilancometar aktinograf
- mjerenje pojedinih komponenti zraćenja i izraćivanja kratkovalnih i
dugovalnih keb
- odnosi u pojedinih komponenti energetske bilance zemlje
Latentna toplina je toplina koju voda iskoristi da promjeni svoje agregatno
stanje (unutrašnja energija vode)
17 18 19 Definicija tlaka zraka i pojam barične stope normalni
tlak zraka instrumenti
Tlak zraka (atmosferski tlak) je tlak stupca zraka (atmosfere) na horizontalnu
površinu 1 m2
Jedinica za mjerenje tlaka zraka je pascal Pa=Nm2 ili bar
Barična stopa je visina za koju se moramo podići ili spustiti a da bi se veličina
atmosferskog pritiska promjenila za jedinicu odnosno 1 Pa
Normalni tlak zraka
U inţenjerskim se proračunima najčešće uzima vrijednost atmosferskog
tlaka Pa=1 bar ndash ovaj tlak zraka naziva se normalni atmosferski tlak
(odgovara tlaku vodnog stupca visine h=10m)
Teţina stupca zraka na morskoj razini pri normalnoj temperaturi i
vlaţnosti a iznosi 1013 Hpa
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima
a) ţivin barometar ndash određivanje visine stupca ţive drţi drţi ravnoteţu
stupcu zraka (staklena cijev s apsolutnim vakuumom)
b) aneroid ndash (glavni dio senzor) hermetički zatvorena kutija od valovitog lima
ndash djelomičan ili potpun vakuum promjenom tlaka pomiću se stjenke kutije ndash
prenose na podlogu tj pokazivač
- mjerenje kontinuiranim biljeţenjem
Barograf ndash izrađen na principu aneroida zapisom biljeţi na papirnatu traku
ili elektronski
Jedinice Pascal ndash Pa ndash hPa=102 Pa
Bar ndash b ndash mb=10-3 b
1 mb=1 hPa
20 Objasnite pojam ciklone i anticilone
Ciklona je prostor na kojem vlada niski tlak zraka gibanje je obrnuto od smjera
kazaljke sata s teţištem prema centru ciklone smanjuje se gustoća
Anticiklona je područje obuhvaćeno visokim tlakom zraka gustoća i tlak se
povećavaju a gibanje je od centra prema van u smjeru kazaljke sata
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
9 10 Što je vodna bilanca i kako je koristimo u hidrologiji
napiši opću jednadţbu te opišite njene djelove
Vodna bilanca je rezultat analize hidroloških procesa kao dijelova hidroloških
ciklusa na određenom prostoru u određenom vremenu
Osnovni hidrološki procesi u vodnoj bilanci
- oborine ndash U(t) ndash ulazna veličina
- isparavanje i otjecanje ndash I(t) ndash izlazna veličina
- pri tome vrijedi jednakost U-I=plusmnΔW
ΔW ndash promjena vodnih količina na prostoru
odnosno ako je ΔW -gt0 =gt P=O1+O2+E
O1 ndash brzo površinsko otjecanje
O2 ndash sporo površinsko otjecanje
- jednadţba vodne bilance
H+Qdd+Qbd-E-Qdo-Qbo=plusmnΔV
H ndash ukupne oborine
Qdd ndash ukupni direktni (brzi površinski) dotok s drugih područja
Qbd ndash ukupni bazni (spori podzemni) dotok s drugih područja
E ndash ukupno isparavanje
Qdo ndash ukupno direktno (površinsko i brzo podpovršinsko) otjecanje
Qbo ndash ukupno bazno (podzemno i sporo podpovršinsko) otjecanje
ΔV ndash ukupna promjena volumena vode
11 Definirajte atmosferu i prikaţite njezinu podjelu i osobine
Atmosfera je plinoviti zračni omotač oko zemlje debljine cca 100 km sadrţi
vodu u sva tri agregatna stanja
Gustoća atmosfere postepeno opada s visinom do visine od 20km nalazi se 90
mase atmosfere a 23 ispod 10km gustoća atmosfere opada i s porastom
temperature
U troposferi se praktički nalazi sva atmosferska vlaga formiraju se oblaci i
oborine
12 Definirajte vrijeme i klimu nekog prostora
Vrijeme je trenutno zbivanje u atmosferi odnosno trenutno stvarno
fizičko stanje meteoroloških pojava i elemenata koje se događa na određenom
prostoru u određenom vremenu
Klima je prosječno stanje atmosfere nad nekim područjem Zemljine
površine u određenom razdoblju Klima ovisi o zemljopisnim i klimatskim
elementima Klimatski se elementi sastoje od gibanja zraka (vjetar temp zraka
atmosferska vlaga) i oborina (kiša snijeg led itd)
13 14 15 16 Napišite i definirajte ukupnu energetsku bilancu
zemljine površine instrumenti za mjerenje energije pojedinih komponenti
energetske bilance odnosi u pojedinih komponentienergetske bilance
latentna toplina u ukupnoj energetskoj bilanci
Sunčevo zračenje
1) kratkovalno zračenje (03 ndash 3 μ) QKV
direktno sunčevo zračenje (S)
difuzno nebesko zračenje (D)
reflektivno zračenje (R)
QKV=(S+D)-R
2) dugovalno zračenje (3 ndash 50 μ) QDV
zračenje atmosfere prema zemlji (A)
izračivanje zemlje (E)
reflektirano zračenje (r)
QDV=A-E-rA
Ukupna toplotna bilanca Qu=QKV+QDV
- za atmosferu -19
- za zemlju +19
Toplotna bilanca je analiza sunčevog zračenja i zemljinog izračivanja
Zračenje sunca (insolacija) - najveći dio emitirane energijeje u obliku
kratkovalnog zračenja i svijetla (samo jedan dio dospijeva do zemljine povvršine
a preostala energija se reflektira rasipa ili ju upije atmosfera)
Zračenje površine zemlje (terestička radijacija) ndash zbog niske srednje
temperature (14degC) njeno zračenje je dugovalno i tamno
Instrumenti
Heliograf ndash obavlja mjerenje trajanja zraćenja kratkovalne keb
Piranometar pirheliometar pirradiometar bilancometar aktinograf
- mjerenje pojedinih komponenti zraćenja i izraćivanja kratkovalnih i
dugovalnih keb
- odnosi u pojedinih komponenti energetske bilance zemlje
Latentna toplina je toplina koju voda iskoristi da promjeni svoje agregatno
stanje (unutrašnja energija vode)
17 18 19 Definicija tlaka zraka i pojam barične stope normalni
tlak zraka instrumenti
Tlak zraka (atmosferski tlak) je tlak stupca zraka (atmosfere) na horizontalnu
površinu 1 m2
Jedinica za mjerenje tlaka zraka je pascal Pa=Nm2 ili bar
Barična stopa je visina za koju se moramo podići ili spustiti a da bi se veličina
atmosferskog pritiska promjenila za jedinicu odnosno 1 Pa
Normalni tlak zraka
U inţenjerskim se proračunima najčešće uzima vrijednost atmosferskog
tlaka Pa=1 bar ndash ovaj tlak zraka naziva se normalni atmosferski tlak
(odgovara tlaku vodnog stupca visine h=10m)
Teţina stupca zraka na morskoj razini pri normalnoj temperaturi i
vlaţnosti a iznosi 1013 Hpa
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima
a) ţivin barometar ndash određivanje visine stupca ţive drţi drţi ravnoteţu
stupcu zraka (staklena cijev s apsolutnim vakuumom)
b) aneroid ndash (glavni dio senzor) hermetički zatvorena kutija od valovitog lima
ndash djelomičan ili potpun vakuum promjenom tlaka pomiću se stjenke kutije ndash
prenose na podlogu tj pokazivač
- mjerenje kontinuiranim biljeţenjem
Barograf ndash izrađen na principu aneroida zapisom biljeţi na papirnatu traku
ili elektronski
Jedinice Pascal ndash Pa ndash hPa=102 Pa
Bar ndash b ndash mb=10-3 b
1 mb=1 hPa
20 Objasnite pojam ciklone i anticilone
Ciklona je prostor na kojem vlada niski tlak zraka gibanje je obrnuto od smjera
kazaljke sata s teţištem prema centru ciklone smanjuje se gustoća
Anticiklona je područje obuhvaćeno visokim tlakom zraka gustoća i tlak se
povećavaju a gibanje je od centra prema van u smjeru kazaljke sata
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
11 Definirajte atmosferu i prikaţite njezinu podjelu i osobine
Atmosfera je plinoviti zračni omotač oko zemlje debljine cca 100 km sadrţi
vodu u sva tri agregatna stanja
Gustoća atmosfere postepeno opada s visinom do visine od 20km nalazi se 90
mase atmosfere a 23 ispod 10km gustoća atmosfere opada i s porastom
temperature
U troposferi se praktički nalazi sva atmosferska vlaga formiraju se oblaci i
oborine
12 Definirajte vrijeme i klimu nekog prostora
Vrijeme je trenutno zbivanje u atmosferi odnosno trenutno stvarno
fizičko stanje meteoroloških pojava i elemenata koje se događa na određenom
prostoru u određenom vremenu
Klima je prosječno stanje atmosfere nad nekim područjem Zemljine
površine u određenom razdoblju Klima ovisi o zemljopisnim i klimatskim
elementima Klimatski se elementi sastoje od gibanja zraka (vjetar temp zraka
atmosferska vlaga) i oborina (kiša snijeg led itd)
13 14 15 16 Napišite i definirajte ukupnu energetsku bilancu
zemljine površine instrumenti za mjerenje energije pojedinih komponenti
energetske bilance odnosi u pojedinih komponentienergetske bilance
latentna toplina u ukupnoj energetskoj bilanci
Sunčevo zračenje
1) kratkovalno zračenje (03 ndash 3 μ) QKV
direktno sunčevo zračenje (S)
difuzno nebesko zračenje (D)
reflektivno zračenje (R)
QKV=(S+D)-R
2) dugovalno zračenje (3 ndash 50 μ) QDV
zračenje atmosfere prema zemlji (A)
izračivanje zemlje (E)
reflektirano zračenje (r)
QDV=A-E-rA
Ukupna toplotna bilanca Qu=QKV+QDV
- za atmosferu -19
- za zemlju +19
Toplotna bilanca je analiza sunčevog zračenja i zemljinog izračivanja
Zračenje sunca (insolacija) - najveći dio emitirane energijeje u obliku
kratkovalnog zračenja i svijetla (samo jedan dio dospijeva do zemljine povvršine
a preostala energija se reflektira rasipa ili ju upije atmosfera)
Zračenje površine zemlje (terestička radijacija) ndash zbog niske srednje
temperature (14degC) njeno zračenje je dugovalno i tamno
Instrumenti
Heliograf ndash obavlja mjerenje trajanja zraćenja kratkovalne keb
Piranometar pirheliometar pirradiometar bilancometar aktinograf
- mjerenje pojedinih komponenti zraćenja i izraćivanja kratkovalnih i
dugovalnih keb
- odnosi u pojedinih komponenti energetske bilance zemlje
Latentna toplina je toplina koju voda iskoristi da promjeni svoje agregatno
stanje (unutrašnja energija vode)
17 18 19 Definicija tlaka zraka i pojam barične stope normalni
tlak zraka instrumenti
Tlak zraka (atmosferski tlak) je tlak stupca zraka (atmosfere) na horizontalnu
površinu 1 m2
Jedinica za mjerenje tlaka zraka je pascal Pa=Nm2 ili bar
Barična stopa je visina za koju se moramo podići ili spustiti a da bi se veličina
atmosferskog pritiska promjenila za jedinicu odnosno 1 Pa
Normalni tlak zraka
U inţenjerskim se proračunima najčešće uzima vrijednost atmosferskog
tlaka Pa=1 bar ndash ovaj tlak zraka naziva se normalni atmosferski tlak
(odgovara tlaku vodnog stupca visine h=10m)
Teţina stupca zraka na morskoj razini pri normalnoj temperaturi i
vlaţnosti a iznosi 1013 Hpa
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima
a) ţivin barometar ndash određivanje visine stupca ţive drţi drţi ravnoteţu
stupcu zraka (staklena cijev s apsolutnim vakuumom)
b) aneroid ndash (glavni dio senzor) hermetički zatvorena kutija od valovitog lima
ndash djelomičan ili potpun vakuum promjenom tlaka pomiću se stjenke kutije ndash
prenose na podlogu tj pokazivač
- mjerenje kontinuiranim biljeţenjem
Barograf ndash izrađen na principu aneroida zapisom biljeţi na papirnatu traku
ili elektronski
Jedinice Pascal ndash Pa ndash hPa=102 Pa
Bar ndash b ndash mb=10-3 b
1 mb=1 hPa
20 Objasnite pojam ciklone i anticilone
Ciklona je prostor na kojem vlada niski tlak zraka gibanje je obrnuto od smjera
kazaljke sata s teţištem prema centru ciklone smanjuje se gustoća
Anticiklona je područje obuhvaćeno visokim tlakom zraka gustoća i tlak se
povećavaju a gibanje je od centra prema van u smjeru kazaljke sata
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
13 14 15 16 Napišite i definirajte ukupnu energetsku bilancu
zemljine površine instrumenti za mjerenje energije pojedinih komponenti
energetske bilance odnosi u pojedinih komponentienergetske bilance
latentna toplina u ukupnoj energetskoj bilanci
Sunčevo zračenje
1) kratkovalno zračenje (03 ndash 3 μ) QKV
direktno sunčevo zračenje (S)
difuzno nebesko zračenje (D)
reflektivno zračenje (R)
QKV=(S+D)-R
2) dugovalno zračenje (3 ndash 50 μ) QDV
zračenje atmosfere prema zemlji (A)
izračivanje zemlje (E)
reflektirano zračenje (r)
QDV=A-E-rA
Ukupna toplotna bilanca Qu=QKV+QDV
- za atmosferu -19
- za zemlju +19
Toplotna bilanca je analiza sunčevog zračenja i zemljinog izračivanja
Zračenje sunca (insolacija) - najveći dio emitirane energijeje u obliku
kratkovalnog zračenja i svijetla (samo jedan dio dospijeva do zemljine povvršine
a preostala energija se reflektira rasipa ili ju upije atmosfera)
Zračenje površine zemlje (terestička radijacija) ndash zbog niske srednje
temperature (14degC) njeno zračenje je dugovalno i tamno
Instrumenti
Heliograf ndash obavlja mjerenje trajanja zraćenja kratkovalne keb
Piranometar pirheliometar pirradiometar bilancometar aktinograf
- mjerenje pojedinih komponenti zraćenja i izraćivanja kratkovalnih i
dugovalnih keb
- odnosi u pojedinih komponenti energetske bilance zemlje
Latentna toplina je toplina koju voda iskoristi da promjeni svoje agregatno
stanje (unutrašnja energija vode)
17 18 19 Definicija tlaka zraka i pojam barične stope normalni
tlak zraka instrumenti
Tlak zraka (atmosferski tlak) je tlak stupca zraka (atmosfere) na horizontalnu
površinu 1 m2
Jedinica za mjerenje tlaka zraka je pascal Pa=Nm2 ili bar
Barična stopa je visina za koju se moramo podići ili spustiti a da bi se veličina
atmosferskog pritiska promjenila za jedinicu odnosno 1 Pa
Normalni tlak zraka
U inţenjerskim se proračunima najčešće uzima vrijednost atmosferskog
tlaka Pa=1 bar ndash ovaj tlak zraka naziva se normalni atmosferski tlak
(odgovara tlaku vodnog stupca visine h=10m)
Teţina stupca zraka na morskoj razini pri normalnoj temperaturi i
vlaţnosti a iznosi 1013 Hpa
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima
a) ţivin barometar ndash određivanje visine stupca ţive drţi drţi ravnoteţu
stupcu zraka (staklena cijev s apsolutnim vakuumom)
b) aneroid ndash (glavni dio senzor) hermetički zatvorena kutija od valovitog lima
ndash djelomičan ili potpun vakuum promjenom tlaka pomiću se stjenke kutije ndash
prenose na podlogu tj pokazivač
- mjerenje kontinuiranim biljeţenjem
Barograf ndash izrađen na principu aneroida zapisom biljeţi na papirnatu traku
ili elektronski
Jedinice Pascal ndash Pa ndash hPa=102 Pa
Bar ndash b ndash mb=10-3 b
1 mb=1 hPa
20 Objasnite pojam ciklone i anticilone
Ciklona je prostor na kojem vlada niski tlak zraka gibanje je obrnuto od smjera
kazaljke sata s teţištem prema centru ciklone smanjuje se gustoća
Anticiklona je područje obuhvaćeno visokim tlakom zraka gustoća i tlak se
povećavaju a gibanje je od centra prema van u smjeru kazaljke sata
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Latentna toplina je toplina koju voda iskoristi da promjeni svoje agregatno
stanje (unutrašnja energija vode)
17 18 19 Definicija tlaka zraka i pojam barične stope normalni
tlak zraka instrumenti
Tlak zraka (atmosferski tlak) je tlak stupca zraka (atmosfere) na horizontalnu
površinu 1 m2
Jedinica za mjerenje tlaka zraka je pascal Pa=Nm2 ili bar
Barična stopa je visina za koju se moramo podići ili spustiti a da bi se veličina
atmosferskog pritiska promjenila za jedinicu odnosno 1 Pa
Normalni tlak zraka
U inţenjerskim se proračunima najčešće uzima vrijednost atmosferskog
tlaka Pa=1 bar ndash ovaj tlak zraka naziva se normalni atmosferski tlak
(odgovara tlaku vodnog stupca visine h=10m)
Teţina stupca zraka na morskoj razini pri normalnoj temperaturi i
vlaţnosti a iznosi 1013 Hpa
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima
a) ţivin barometar ndash određivanje visine stupca ţive drţi drţi ravnoteţu
stupcu zraka (staklena cijev s apsolutnim vakuumom)
b) aneroid ndash (glavni dio senzor) hermetički zatvorena kutija od valovitog lima
ndash djelomičan ili potpun vakuum promjenom tlaka pomiću se stjenke kutije ndash
prenose na podlogu tj pokazivač
- mjerenje kontinuiranim biljeţenjem
Barograf ndash izrađen na principu aneroida zapisom biljeţi na papirnatu traku
ili elektronski
Jedinice Pascal ndash Pa ndash hPa=102 Pa
Bar ndash b ndash mb=10-3 b
1 mb=1 hPa
20 Objasnite pojam ciklone i anticilone
Ciklona je prostor na kojem vlada niski tlak zraka gibanje je obrnuto od smjera
kazaljke sata s teţištem prema centru ciklone smanjuje se gustoća
Anticiklona je područje obuhvaćeno visokim tlakom zraka gustoća i tlak se
povećavaju a gibanje je od centra prema van u smjeru kazaljke sata
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima
a) ţivin barometar ndash određivanje visine stupca ţive drţi drţi ravnoteţu
stupcu zraka (staklena cijev s apsolutnim vakuumom)
b) aneroid ndash (glavni dio senzor) hermetički zatvorena kutija od valovitog lima
ndash djelomičan ili potpun vakuum promjenom tlaka pomiću se stjenke kutije ndash
prenose na podlogu tj pokazivač
- mjerenje kontinuiranim biljeţenjem
Barograf ndash izrađen na principu aneroida zapisom biljeţi na papirnatu traku
ili elektronski
Jedinice Pascal ndash Pa ndash hPa=102 Pa
Bar ndash b ndash mb=10-3 b
1 mb=1 hPa
20 Objasnite pojam ciklone i anticilone
Ciklona je prostor na kojem vlada niski tlak zraka gibanje je obrnuto od smjera
kazaljke sata s teţištem prema centru ciklone smanjuje se gustoća
Anticiklona je područje obuhvaćeno visokim tlakom zraka gustoća i tlak se
povećavaju a gibanje je od centra prema van u smjeru kazaljke sata
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
21 22 Definicija temperature zraka i jedinice za izračunavanje
instrumenti
Temperatura zraka je toplotno stanje zraka izraţeno u stupnjevima pod bitnim
je utjecajem sunčeve radijacije ali preteţni dio topline u atmosferi pristiţe sa
zemljine površine
Jedinice 1) degC ndash celsius ndash nula je ledište vode kod tlaka zraka 1013 hPa a vrelište
na 100 degC
2) degK ndash kelvin ndash apsolutna nula je -27316 degC
3) degF ndash farenheit ndash 32 degC je ledište vode a 212 degC vrelište
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjem
a) obićni ţivin termometar (mokri i suhi)
b) maksimalni ţivin termometar
c) minimalni alkoholni termometar
d) Assmanov psihrometar
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem
a) termograf
Instrumenti su smješteni u meterološkim zaklonima na 2 m iznad zemlje radi
eliminacije nepovoljnih utjecaja insolacije vjetrova i oborina a omogućuju stalnu
cirkulaciju zraka izvana
23 Definicija i vrsta zračnih frontova sa osobinama
Zračna fronta je linija sukobljavanja različitih osobina zraka
Vrste frontova
1) stacionarni zf ndash s jedne strane su hladne zračne mase a s druge strane
tople zračne mase i teku bez poremčaja
2) topli zf ndash sukobljavanje stacionarnih frontova tj tople zračne mase
nailaze na hladne zračne mase i počinju na njih naljegati (topli se zrak
izdiţe na hladni)
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
3) hladni zf ndash sukobljvanje stacionarnih frontova tj hladne zračne mase
su brţe od toplih u prodoru prema toplim dolazi do odbijanja hladnih
zračnih masa i potiskuju se tople zračne mase
4) zf okluzije ndash dolazi do sukobljavanja toplih i hladnih zračnih frontova
a) topla zračna fronta i b) hladna zračna fronta
Zračni front okulzije
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
24 25 Opišite sve oblike za izračunavanje vlaţnosti zraka
instrumenti
1) Apsolutna vlaţnost je masa vodene pare u jedinici volumena dobiva se
jedino u laboatorijskim uvjetima
2) Relativna vlaţnost je stupanj zasičenosti zraka vodenom parom
R=eemax
- odnos stvarne količine vlage u zraku (e) i količine koja odgovara
zasićenom zraku pri istoj temperaturi (emax)
3) Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka
indikator vlaţnosti zraka i mjeri se u mb
- psihrometar instrument koji mjeri temperaturu suhog i vlaţnog zraka e(Pa)
e=emax-cΔt
emax ndash max tlak vodene pare
c ndash konstanta (definira proizvođač)
Δt ndash razlika temperature suhog i vlaţnog zraka
4) Deficit vlaţnosti predstavlja manjak vodene pare u zraku do njenog zasićenja
d=emax-e
5) Specifična vlaţnost zraka S (gkg)
6) Točka rose (rosište) je temperatura pri kojoj masa nestaturiranog zraka
postaje zasićena kadaa se hladi pri konstantnom tlaku kondenzacija viška
vodene pare = rosa e=emax
Instrumenti
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima -
a) psihrometar se sastoji od suhog i vlaţnog termometra suština metode
je u očitavanju temperaturne razlike suhog i vlaţnog termometra
b) higrometar ndash pračenje promjene duljine vlasi kose uzrokovane
promjenom vlaţnosti zraka
- mjerenje neprekidnim biljeţenjem -
a) higrograf radi na principu vlasi kose uz konstantno biljeţenje
podataka na papir ili elektronski
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
26 Definirajte tlak vodene pare čemu sluţi i kako se mjeri
Tlak vodene pare je parcijalni tlak unutar ukupnog atmosferskog tlaka a
značajan je indikator vlaţnosti zraka Mjeri se očitavanjem razlike temperature
na suhom i vlaţnom termometru i zatim korištenjem tzv psihrometarske formule
odredi se tlak vodene pare u (mb) Ima vaţnu primjenu pri definiranju procesa
evaporacije Za svaki tlak zraka i temperaturu postoji max tlak vodene pare ndash
tlak zasičenja iznad tog tlaka ovisno o temperaturi vodena para prelazi u tekuće
(kondenzacija) ili čvrsto (sublimacija) stanje
27 28 Pojam vjetra i uzroci nastajanja instrumenti za mjerenje te
načini prikazivanja i interpretacija
Vjetar je horizontalna komponenta strujanja zračnih masa u atmosferi
uzrokovanog nejednolikom raspodjelom zračnog tlaka to je vektorska veličina
koja ima smjer brzinu i vrijeme trajanja
Smjer je pravac iz kojeg vjetar puše Jačina se mjeri prema Bouforovoj ljestvici
(od 0-12 stupnjeva jačinena osnovi motrenja) Brzina je pak izraţena u ms
Uzroci nastajanja su različita raspodjela tlakova i temperatura okretanje
zemlje sila teţa trenje s podlogom
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Instumenti
-Mjerenje pojedinačnim očitavanjima ndash anemometar s propelerom ili sa
čašicom ndash dobijemo srednju satnu brzinu vjetra dobivena je kao prosjek
pojedinačnih očitavanja unutar sata
-Mjerenje neprekidnim biljeţenjem ndash anemograf ndash pruţa saznanje o
pojedinim vrijednostima brzine vjetra tzv udesima vjetra
-oba instrumenta za mjerenje brzine imaju i uređaj za mjerenje smjera
vjetra ndash vjetrokaz
Prikazivanje je grafičko pomoću godišnjih ruţa vjetrova od kojih razlikujemo
a) ruţa učestalosti smjerova vjetra (vaţne su zbog ekoloških posljedica
posebice velikih industrijskih objekata)
b) ruţa učestalosti jačine i brzine vjetrova (vaţne su za dimenzioniranje
građevinskih objekata ndash visoki dimnjaci mostovi)
- u oba slučaja učestalosti vjetrova po svim smjerovima mora biti 100
- mogu se definirati za određene vremenske intervale godišnju sezonsku
mjesečnu
- godišnje ruţe vjetrova nam daju podatke o smjeru i brzini vjetra
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
29 30 31 Oborine ndash podjela i uvjeti nastanka klasifikacija prema
uvjetima gibanja zračnih masa instrumenti i interpretacija
Oborine su svi oblici kondenzirane i sublimirane vodene pare koji se na površini
zemlje pojave u tekućem ili čvrstom stanju
Podjela - horizontalne rosa mraz inje poledica
- vertikalne kiša snijeg led tuča
Uvjeti nastanka
1) postojanje atmosferske vlaţnosti (vodene pare) kao posljedice
isparavanja
2) proces kondenzacije uglavnom kao posljedica dinamičkog hlađenja
3) prisustvo kondenzacijskih jezgri (čvrstih čestica)
a) higroskopske čestice ndash proces kondenzacije započne prije nego
što zrak postane zasičen (oceanska sol)
b) nehigroskopske čestice ndash uvjetuje određeni stupanj zasičenosti
(prašina čestice dima pepeo)
Klasifikacija
a) konvektivne oborine su uvjetovane naglim zagrijavanjem zraka u
kontaktu s tlom (smanjenje gustoće) vodena para se uzdiţe i dinamički
hladi kondenzira se (formiranje oborina)
b) orografske oborine su mehanička dizanja vlaţnih horizontalnih zračnih
struja (isparavanje planinskih lanaca) uslijed hlađenja se formiraju
oborine
c) ciklonske oborine su rezultat kretanja zračnih masa iz područja visokog
tlaka (anticiklone) u područje niskog tlaka zraka (ciklone) uslijed hlađenja
se formiraju oborine
- a ndash konvektivne oborine
- b ndash orografske oborine
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
- c - ciklonalne oborine
Instrumenti
Oborine se mjere kišomjerima ili ti pak oborinomjerima
a) pluviometar ili ombrometar
- mjerenje pojedinačnim očitavanjima registriraju dnevnu
količinu oborina (obični Hellmanov kišomjer)
- totalizator ndash mjerenje padavina u duţem razdoblju
b) pluviograf ili ombrograf
- mjere neprekidnim biljeţenjem analiza raspodjele kiše u
vremenu pluviograf s plovkom (stariji tip) pluviograf s
posudom koja se prevrće pluviograf s vagom
Interpretacija mjerenih podataka
- kratkotrajne oborine (manje od 24h)
- dnevne oborine (P24=P7+P14+P21)
- mjesečne oborine (Pmj=ΣP24(131))
- godišnje oborine (Pg=ΣP24(1365))
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
32 Pristupne metode za analizu oborina
Analiza 1
-primarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u prostoru
-sastoji se u definiranju
a) višegodišnjih srednjih visina oborina jedne kišomjerne stanice
-krivulja redukcije kiša
b) višegodišnjih srednjih visina oborina palih na sliv
-postupkom aritmetičkih sredina
-thiessenovim postupkom (poligonalna i trokutna)
-postupkom izohijeta
Analiza 2
-sekundarna obrada izmjerenih podataka
-raspodjela oborina u vremenu
-određivanje mjerodavne jačine tj itenziteta oborina
a) korištenjem pluviometarskih podataka
b) korištenjem pluviografskih podataka
33 Detaljno opišite i skicirajte metode za analizu oborina u prostoru
a) Metoda aritmetičke sredine
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
Psred=n
Pn
i
i1
Pi ndash višegodišnja prosječna visina (mjesečnih sezonskih ili godišnjih)
oborina registriran na i-toj kišomjernoj stanici
n - broj kišomjernih stanica u slivu
b) metoda Thiessena (trokutna ili poligonalna)
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-u proračun se figuriraju i pripadajuće površina sliva pojedinih
kišomjernih stanica
sredP =A
APn
i
ii1
)(
n
i
i AA1
)(
Pi ndash višegodišnja prosječna visina oborina registriranih
na i-toj kišomjernih stanici
Ai ndash pripadajuća površina i-te kišomjerne stanice (km2)
A ndash ukupna površina sliva
Primjena jedino kod ravničarskih slivova gdje se oborine homogeno raspodjele
c) metoda izohijeta
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
-višegodišnja prosječna visina oborina palih na sliv (Psred)
-temeljena na određivanju izohijeta i pripadajućih površina sliva
između dvaju susjednih izohijeta
sredP =A
APn
i
ii1
)(
2
1 ii
sred
PPP
sredP - višegodišnja prosječna vrijednost oborina
između dvije susjedne izohijete
Ai ndash pripadajuća površina sliva između dvije susjedne
Izohijete
n ndash broj izohijeta
Raspodjela oborina unutar analiziranog područja nije detaljnije definirana
- metoda Thiessena - metoda izohijeta - metoda aritm sredine
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
34 Što predstavlja krivulja redukcije kiša i čemu sluţi
Predstavlja izmjerenu oborinu u jednoj točki s povečanjem oko te točke
smanjenjem vrijednosti izmjerene oborine (nepouzdani podatci) kiša pala u točki
predstavlja centar sluţi za proces projektiranja otjecanja
35 Objasnite raspodjelu oborina u vremenu i što su kratkotrajne
oborine
Raspodjela oborina u vremenu
-dva pluska istog trajanja i iste veličine mogu se razlikovati po raspodjeli
oborina u vremenu
Npr 1 pljusak započne s velikim intenzitetom koji se postepeno
smanjuje
2 pljusak zrcalno obrnuto
Kratkotrajne oborine predstavlja najmanju količinu kiše koja padne u određenom
vremenskom razdoblju (min h) da zadovolji uvjet od donje granice kiše
kt
Pi
i ndash intenzizet kiše
P ndash visina kiše u mm
tk ndash trajanje kiše
1 mmmin=1666 1ska
1 1ska=0006 mmmin
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
36 Što su ITP krivulje
ITP ndash intenzitet ndash trajanje ndash ponavljanje
- krivulja je skup niza opaţanja manjih ili većih povratnih perioda a
prikazuje zavisnost intenziteta oborina trajanja oborina i ponavljanja
oborina
- značajne kod jakih kiša
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
37 Definirajte pojam isparivanja i od kojih fizičkih procesa u prirodi
je sastavljeno
Isparivanje je vertikalni proces prijelaza vode sa zemlje u atmosferu u obliku
vodene pare sa slobodne vodne površine s tla i iz biljnog pokrivača
Proces traje sve dok postoje - izvor vlage
- gradijent tlaka vodene pare
- izvor energije
Sastavljeno je od
- evaporacije E ndash koja je prijelaz vode u atmosferu sa slobodne vodne
površine s golog tla i s vode na vegetaciji ili predmetima
- transpiracije T ndash koja je prijelaz vode u atmosferu kroz pore (otvore)
na vanjskom sloju stanica lišća tj kroz vegetaciju
- evapotranspiracije ET ndash uzajamno događane E i T
38 Objasnite stvarnu i potencijalnu ET i njihove odnose
Potencijalna evapotranspiracija (ETp) se događa pod pretpostavkom da količina
vode za isparivanje nije ograničena jedino ovisi o meteorološkim činiocima
koji su prostorno i vremenski promjenivi Gubitak vode je u idealnim
uvjetima (nema nedostataka vlage)
Stvarna evapotranspiracija (ETa) se događa pri ograničenom obnavljanju vlage
Gubitci vode su stvarni
0lt ETalt ETp
39 Definicija potencijalne ET prema Thorntwaite-u
Potencijalna se evapotranspiracija događa pod pretpostavkom da količina vode za
isparivanje nije ograničena Pretpostavlja gubitke vode do kojih će doći ako niti u
jednom trenutku nema nedostataka vode u tlu neophodne za potrebe optimalnog
razvoja vegetacije
40 Nabrojite i opišite metode za određivanje isparavanja
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
1) Metoda vodne bilance zasniva se na primjeni zakona odrţavanja mase u
poznatom zatvorenom hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke
tečenja konzervativne mase kroz poznatu kontroliranu površinu
hA
mE e
2) Metoda toplotne bilance se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije
kojim je moguće ukupnu energiju sadrţanu u kontroliranom
volumenu zatvorenog hidrološkog sustava analizirati putem
izmjene energije kroz kontroliranu površinu
l
du
T
RRE
3) Metoda transporta zračnih masa se zasniva na proporcionalnosti isparavanja s
molekularnom (turbulentnom) difuzijom
E=c(eo-ea)
4) Kombinacija metoda toplotne bilance i transporta zračnih masa
41 Instrumenti i načini za mjerenje isparavanja
Mjerenje evaporacije se obavlja ispariteljima (evapometrima)
-isparitelj klase A sastoji se od metalne posude napunjene vodom
promjera 120 cm i dubine 25 cm mjeri se mikrometrom
-Picheov isparitelj smješten u meteorološki zaklon Sastoji se od
staklene cijevi dubine 30 cm Isparivanje se rovodi s papira
koji upija vodu a isparena voda se stalno nadoknađuje vodom iz
cijevi
-bazeni (veliki i mali)
Mjerenje transpiracije
-fitometar i potometar
ndash posude napunjene zemljom ilivodom u kojima se zgajaju biljke
i hermetički su zatvorene Određuje se preko gubitka u masi
Mjerenje evapotranspiracije
-lizimetar ndash veliki sanduk napunjen zemljom u kojem se uzgaja vegetacija
Određuje se na osnovi bilansne jednadţbe vodnih količina
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
-poljske parcele
42 Objasnite metodu vodne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja mase u poznatom zatvorenom
hidrološkom sustavu i Reynolds-ove postavke tečenja konzervativne mase kroz
poznatu kontroliranu površinu S obzirom da u prikazanom hidrološkom
zatvorenom ciklusu nema mogućnosti protjecanja mase vode kroz kontroliranu
površinu moţe se postaviti zakon odrţanja mase u obliku
emdt
dm em
dt
dV
em
dt
dhA )( emEA
hA
V
A
mE Ee
m=ρV V=Ah
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
43 Objasnite metodu toplotne bilance za određivanje isparivanja
Metoda se zasniva na primjeni zakona odrţanja energije kojim je moguće ukupnu
energiju zadrţanu u kontroliranom volumenu zatvorenog hidrološkog sustava
analizirati putem izmjene energije kroz kontroliranu površinu Enegetsko stanje
zatvorenog sustava opisano je promjenom ukupne energije u hidrološkom sustavu
ako postoji promjena tog stanja ona ukazuje na pojavu kondenzacije ili
isparavanja Količina energije sadrţana u sustavu se sastoji od
- unutrašnje specifične energije
- kinetičke energije mase vode
- potencijalne energije
RD ndash
Ru ndash sunčeva radijacija
RL ndash latantna toplina isparavanja
Prema Penmannu promjena topline
Ru-Ri=dQdt
Ru-RD- RL= dQdt=0 za zatvoreni sustav
RL=me TL
Me ndash masa vode utrošena na isparivanje
TL ndash količina potrošene topline
Ru-RD=me TL me=ρ E
Ru-RD= ρ E TL L
Du
T
RRE
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
44 Objasnite metodu transporta zračnih masa za određivanje
isparivanja
To je aerodinamička metoda zasniva se na proporcionalnosti isparavanja sa
molekularnom (turbulentnom) difuzijom Veličina evaporacije je određena
razlikom apsolutne vlaţnosti zraka u graničnom sloju površine vode gdje je u
pravilu prisutan tlak vodene pare i apsolutne vlaţnosti zraka neposredno iznad
površine vode Unutar danih uvjeta evaporacija je proporcionalna deficitu
vlaţnosti u vertikalnom sloju zraka iznad površine vode
Dalton E=c(eo-ea) c= 1125(1-0225w2)
45 Nabrojite sve matematičke modele za proračun isparavanja
1) Daltonov model
2) Dalton-Meyerov model
3) Thorntwaittova jednadţba
4) Blaney-Crieddleova jednadţba
5) Pennmanova jednadţba
6) Turc-Wundutova jednadţba
7) Hedkeova jednadţba
8) Lowry-Johnsonova jednadţba
9) Halkins-vehemeyer-Hendricksonova jednadţba
10) Hargreanesova jednadţba
46 Objasnite Dalton-Meyer model za proračun isparavanja
Koristi se za proračun mjesečno mogučeg isparavanja (mmmj) )()( 2max0 wfeekE
Emax ndash max tlak vodene pare
maxe
eR - stupanj zasićenosti zraka vodenom parom
)()1(2511 2max0 wfeRE
22 22501)( wwf - funkcija brzine vjetra
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
47 Objasnite model Thorntwaite
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj)
a
tpJ
tE )
10(16
t ndash višegodišnja mjesečna temperatura zraka (degC)
12
1i
jJ - godišnji index topline
500160 Ja - konstanta
5141)5
(t
j - mjesečni index topline
1230
0
DTEE tp D ndash broj dana u mjesecu
T ndash broj sati od izlaska do zalaska sunca
1230
DT - korekcijski koeficijent korigira zbog broja dana u mjesecu i
satnog trajanja dnevnog svijetla ovisno o geografskoj širini
Jednadţba je temeljena na eksponencijalnom odnosu između srednje mjesečne
temperature zraka i mjesečne moguće evapotranspiracije
48 Objasnite Blaney-Criddleov model
Koristi se za proračun mjesečne moguće evapotranspiracije (mmmj) ptf
f ndash mjesečni faktorpotrebe potrošnje vode (mjesečni konzumni faktor)
t ndash srednja mjesečna temperatura
p ndash mjesečni postotak dnevne svijetlosti od ukupnog godišnjeg zbroja ct kkk
k ndash mjesečni empirijski faktor potrebe potrošnje vode
(srednj mjesečni koeficijent)
kt = 00173t ndash 0314
kc ndash koeficijent ovisan ofazi razvoja
kfEm - mjesečna potreba potrošnje vode
n
i
kfE1
0 - potrošnja vode za ukupno vegetacijsko razdoblje
Jednadţba je temeljena na linearnom odnosu između mjesečne (sezonske)
moguće evapotranspiracije (konzumne potrebe) i srednje mjesečne temperature
zraka tipa usijeva i trajanja dnevne svijetlosti
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
49 Objasnite model Pennman
Koristi se za proračun dnevnog mogučeg isparavanja (mmd)
-najtočnija ali zahtjeva puno podataka
0EH
E EfEtp
f ndash faktor redukcije (06 ndash 08)
- psihrometrijska constanta
H ndash raspoloţiva toplotna energija u masi vode za evaporaciju bc RRH
Rc ndash direktna sunčeva radijacija
)()1(
D
nbarRR ac 10
D
n - relativno osunčanje
Ra ndash količina toplotne energije na vanjskom rubu atmosfere
r ndash albedo ab ndash konstante (a=018 b=055)
Rb ndash reflektirana radijacija od Zemlje
)(9010)090560(4
D
neTR ab e ndash tlak vodene pare
b
atg
)54050)((350 2max0 weeE
50 Što predstavlja proces otjecanja i vodni reţim nekog prostora
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Otjecanje (Q) ndash predstavlja proces površinskog kretanja vode niz teren pod
nagibom Površinsko tečenje (otjecanje) vode je pod značajnim
utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena (u procesu
otjecanja sudjeluje samo onaj dio oborinske vode koji je preostao
nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije tj nakon procesa
evapotranspiracije)
Vodni reţim - predstavlja sveukupni dinamizam promjene kvantitativnih i
kvalitativnih osobina voda i dinamika njihovog odnosa s oborinom
Razlikujemo - upravljani vodni reţim (akumulacije)
- neupravljani vodni reţim (prirodni)
51 Nabrojite sve faktore koji utjecu na raspored i veličinu otjecanja
Oborinski faktori
- jačina i trajanje oborina
- pravac i brzina kretanja oborina
Morfološki faktori
- veličina pad i oblik sliva
- gustoća riječne mreţe
- reljef
Geološki faktori
- sastav terena i vrste stijena
- jačina upijanja i količina vlage
- razina podzemne vode
Biološki faktori
- vrsta vegetacije
- obraslost terena
Antropološki faktori
- umjetne akumulacije
- ostali zahvati u prirodi
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
52 Što je SLIV vodotoka i kako se određuje
SLIV vodotoka - je ograničeno oborinsko područje s kojeg se vodne količine
(od oborina i dr) slijevaju prema jednoj određenoj točki prijemnika koji
moţe biti u vidu rijeke potoka kanala i sl
- određuje se na temelju reljefa odnosno vododijeljnica
(razvodnica) koje dijele susjedne slivne površine Defniran je osobinama
kao što su veličina oblik pad sliva visinski odnosi u slivu gustoća riječne
mreţe karakteristike tla vegetacija i dr
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
53 Vrste vododijeljnica i kako se utvrđuju
Vododijeljnice (razvodnice) su linije koje omeđuju sliv odnosno dijele susjedne
slivne površine Razlikujemo TOPOGRAFSKU (orografsku) i HIDROLOŠKU
vododijeljnicu Ove se krivulje nikada u potpunosti ne podudaraju Utvrđuju se
prilikom određivanja veličine sliva što se postiţe POSTUPKOM
PLANIMETRIRANJA pomoću geodetskih karata pri čemu je bitno da su na tim
kartama ucrtane IZOHIPSE (krivulje koje spajaju točke istih nadmor visina)
- Topografska -gt je krivulja koja spaja točke s najvećom nadmorskom
visinom između dva sliva Često se koristi u praksi jer pojednostavljuje
daljnje analize sliva (POVRŠINSKA)
- Hidrološka -gt je krivulja koja definira granicu između 2 susjedne slivne
površine s kojih se vodne količine slijevaju jednim ili drugim slivom
Ovisi o geološkoj građi sliva i reţimu podzemnih tokova (PODZEMNA)
54 Čime se izraţava oblik sliva i kako utječe na veličinu otjecanja
Oblik sliva se najčešće karakterizira faktorom oblika sliva (Rf)
2f L
A R gdje su L -gt duljina glavnog vodotoka
A -gt površina sliva
- porastom veličine sliva vrijednost faktora (Rf) opada što znači da je kod većih
slivova izraţena tendencija da budu proporcionalno dulji od manjih
- o obliku sliva uvelike ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog
otjecanja te dimenzije oblik i uzduţni profil glavnog vodotoka
- prema GAVELIUSU vrijeme koncentracije sliva ovisi od oblika i pada sliva
GAVELIUS je definirao koef koncentriranosti (K)
A
V028 K
gdje su -gt V ndash volumen otjecajne vode (Q)
na promatranom slivu u vremenu (t)
-gt A ndash površina sliva
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
- vrijednost K=1 predstavlja kruţni oblik dok vrijednosti Kgt1 predstavljaju
izduţene oblike sliva Što je K bliţi 1 to će otjecanje biti veće (jer će oblik sliva
biti povoljniji za otjecanje) i kratkotrajnije (brţe) nego za veće vrijednosti koef
K Problem koji se javlja za K=1 je opasnost od poplave (voda se slijeva u glavni
vodotok u količinama koje premašuju njegov kapacitet)
55 Što je to gustoća riječne mreţe i od čega ovisi
Gustoća riječne mreţe definirana je izrzom
2k
1uu
uu kmkm L
A
1 D
gdje su u -gt red vodotoka
k -gt najviši vodotoka koji se pojavljuje na promatranom slivu red
Au -gt površina sliva vodotoka (km2)
Lu -gt duljina vodotoka (km)
- gustoća riječne mreţe prikazuje koliko km duljine vodotoka ima na jediničnom
kilometru (km2) Klasifikacija vodotoka prema njihovom redu provodi se od izvora
prema ušću na način
- za vodotok bez pritoka -gt u=1
- za vodotok s jednim ili više pritoka -gt u=2
- za vodotok koji nastaje od vodotoka 2 reda -gt u=3 itd
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
56 Definiraj vodostaj i opiši sve načine i instrumente za njegovo mjerenje
Vodostaj ndash predstavlja vertikalnu udaljenost trenutne razine i neke fiksne
razine vode (obično je to nulta kota na odgovarajućem mjernom
instrumentu (vodomjernoj letvi) koja je povezana s drţavnom geodetskom
izmjerom visina i izraţena u apsolutnim jedinicama metara nad morem)
Mjerenje vodostaja ndash razlikujemo mjerenja pojedinačnim očitavanjem
(nekontinuirana) i mjerenja s neprekidnim biljeţenjem (kontinuirana
mjerenja)
- Nekontinuirana mjerenja
a VODOMJERNA LETVA ndash moţe biti drvena čelična plastična ili lijevano-
ţeljezna Podjela duljine na vodomjernoj letvi je dvocentimetarska
Mjerenja se obavljaju očitavanjem vodostaja s točnošću od 1 cm
b STEPENASTI VODOMJER ndash za mjerenje se upotrebljava vodomjerna
letva koja se u slučaju kose obale postavlja na više mjesta
c KOSI VODOMJER ndash upotrebljava se kod kosih uređenih obala gdje je
poznat oštri kut letve prema horizontali
- Kontinuirana mjerenja
a AUTOMATSKI REGISTRATORI S PLOVKOM ndash
Uređaj sa satoji od plovka graduiranog uţeta sustava kolotura i
protuutega
Automatski registrator ndash LIMNIGRAF (moţe biti protočni i
bunarski)
Na uređaje je ugrađena i vodomjerna letva koja sluţi za kontrolu
točnosti mjerenja
b AUTOMATSKI PNEUMATSKI REGISTRATOR ndash
Sastoje se od boce s komprimiranim zrakom koji se preko
regulatora tlaka potiskuje kroz cijev potopljenu u vodu uslijed čega
u cijevi nastaje hidrostatski tlak koji se preko manometra
transformira u silu koja pokreće pisač Pisač neprekidnim grafičkim
zapisom biljeţi tlak ∆p
Preko izraza h=pρ∙g = (p1-∆p)ρ∙g moţemo izračunati vodostaj toka
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
c AUTOMATSKI REGISTRATORI SA SENZOROM ndash
Mjerenje se obavlja posredstvom poluvodiča ndash senzora kojime se
hidrostatički tlak transformira u električni signal Senzor je
postavljen na konstrukciju iznad vodotoka i sastavni je dio uređaja
koji stalno biljeţi kolebanje vodnog nivoa na papirnatoj traci
Mjerenje se moţe obavljati ultrazvukom ndash ultrazvučni mjerač
postavljen na dno vodotoka mjeri vrijeme od trenutka odašiljanja
ultrazvuka do njegovog povratka nakon što se on reflektira od
površine vodotoka potom podatke šalje softveru koji ih preračunava
u traţenu veličinu (vodostaj h) te preko pisača kontinuirano biljeţi
njegovo kolebanje grafičkim zapisom
57 Interpretacija i obrada izmjerenih vodostaja
- nakon analize obavljenih mjerenja vodostaja u nekom vremenskom periodu
dobiveni podaci se mogu interpretirati kao
1 EKSTREMNI VODOSTAJI
NNV ndash najniţi niski vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
VVV - vrlo visoki vodostaj (gleda se od kada mjerna stanica radi)
2 SREDNJI VODOSTAJ
SV ndash srednji mjesečni ili godišnji vodostaj -gt dobiva se aritmetičkom
sredinom srednjih vodostaja odnosnog razdoblja (srednji
mjesečni preko srednjih dnevnih a srednji godišnji preko
srednjih mjesečnih vodostaja)
3 NIVOGRAMI
Daju grafički prikaz promjene vodostaja h u nekom vremenu t
h=f(t)
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
58 Definirajte dubinu vode te opišite sve metode i instrumente za mjerenje
dubine
Dubina vode ndash je vertikalna udaljenost gornje površine (nivoa) vode od dna
vodotoka koja se mjeri u točno određenim točkama na referentnom nivou
Mjerenje dubine vode se moţe obavljati u pojedinim točkama ili neprekidnim
metodama mjerenja
- mjerenje u pojedinim točkama
HIDROMETRIJSKA METODA
1 SONDIRANJE ndash vrši se pomoću motki ili vodomjernih letvi koje mogu
biti s različitom podjelom duljine (podjela na 1 2 5 ili 10 cm)
2 ČELIČNO GRADUIRANO UŢE ndash uţe je izrađeno s utegom do 50 kg (što
ovisi o brzini vode) na kraju mjerenje se obavlja s mosta no ako ga nema
ili ako se radi o većim dubinama mjerenje se moţe obavljati iz plovila U
svakom slučaju potrebno je izvršiti korekcijsko smanjenje izmjerene
dubine zbog zanošenja uţeta koje je uzrokovano tečenjem vode Korekcija
se vrši prema izrazu
a1)-cos
1(-a-1 d
Čelično graduirano uţe
AKUSTIČNA METODA
1 EHOSONDER S KAZALJKOM ndash mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
- neprekidno mjerenje
AKUSTIČNI POSTUPAK
1 EHOSONDER S PISAČEM - mjerenje se vrši pomoću ultrazvučnih
signala koje eho-sonder odašilje te mjeri vrijeme povratka reflektiranog
signala od dna vodotoka i njegov pomak u odnosu na poloţaj s kojeg je
emitiran uz neprestano biljeţenje podataka putem pisača
HIDROSTATIČKI POSTUPAK
1 PIEZOMEMBRANA
2 PNEUMATSKI ˝BUBLER˝ - je uređaj koji sluţi za kontinuirano
registriranje dubine vodotoka a radi na principu detektiranja
hidrostatičkog tlaka
- oba ova uređaja obavljaju mjerenje s plovnog objekta pomoću sonde za
praćenje pada dna
59 Interpretacija i obrada izmjerenih dubina vode
- rezultati dobiveni nekim od kontinuiranih ili nekontinuiranih metoda mjerenja
interpretiraju se kroz tri grupe podataka
a PLANOVI (situacije) s izobatama (linije koje spajaju mjesta istih
dubina) ili sa izohipsama (linije koje spajaju mjesta istih dubina)
b UZDUŢNI PROFIL
c KARAKTERISTIČNI POPREČNI PROFILI ndash pomoću izmjerenih dubina
vode moţemo definirati poprečni presjek vodotoka koji koristimo u
daljnjim proračunima protoka brzine toka vode i dr
60 Što definira poznavanje brzine vode
Brzina vode ndash je brzina kojom masa vode protječe kroz poprečni presjek
Vodotoka
- brzina je kao svaki vektor definirana sa
- apsolutnom vrijednosti koja predstavlja njen iznos (brojčanu vrijednost)
- pravcem s obzirom na odabrani koordinatni sustav kojim je poloţen
vektor brzine
- smjerom koji odgovara smjeru tečenja vode a koji je okomit na poprečni
profil vodotoka
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
61 Opišite raspodjelu brzina vode i pulzaciju brzina vode u poprečnom
presjeku vodotoka
- brzina vode postoji u 3 smjera koja definiramo koordinatnim osima x y i z
- Brzina u smjeru osi x ndash vφ = const -
- Brzina u smjeru osi y -
- Brzina u smjeru osi z ndash postoje brzine ali su vrlo malih intenziteta pa ih zato
zanemarujemo -
Raspodjela brzine ndash brzina je na samom dnu te uz rub vodotoka (uz podlogu)
jednaka nuli zbog trenja između vode i podloge dok je najveća brzina vode
na sredini površine vodotoka Za raspodjelu brzina po površini između
sredine toka i njegovih rubova se pretpostavlja da je linearna
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Pulzacija brzine javlja se kod turbulentnog tečenja vode predstavlja stalnu
promjenu brzine samo po iznosu najizraţenija je pri dnu i uz rubove
vodotoka gdje je zbog većeg trenja veća i pulzacija brzine vode
62 Što su pulzacije brzine i od čega zavise
Pulzacija brzina vode - je učestala promjena iznosa brzina vode tj ona
predstavlja odstupanje brzin epo iznosu od srednje vrijednosti brzine za
određenu točku mjerenja Pulzacija se pojavljuje kod turbulentnog
tečenja Razlikujemo VREMENSKU i PROSTORNU pulzaciju brzina
Pulzacije brzina ovise o
- Porastu dubine vodotoka
- Hrapavosti dna i kosina vodotoka (trenje) koja ovisi o
vrsta tla
konfiguraciji terena i
obraslošću vegetacijom
- Brzini samog toka
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
63 Nabrojite sve metode i instrumente za mjerenje brzine vode
METODE
Kinematska
ndash vrši se mjerenje brzineplivajućeg tijela
Mehanička
- vrši se mjerenjem brzine potopljene elise
Hidraulička
- mjeri se brzinska visina
Elektromagnetska
- vrši se mjerenje induciranog napona
Ultrazvučna
- mjerenjem Dopplerovog efekta
INSTRUMENTI
Plovci
Potopljena elisa ndash
hidrometrijsko krilo
Pitotova cijev
Venturijev instrument
Digitalni mjerač
Topla ţica
UFS uređaj
ADCP uređaj
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
64 Objasnite mehanički postupak mjerenja hidrometrijskim krilom
Hidrometrijsko krilo se upotrebljava za mjerenje brzine vode u otvorenim
tokovima i cijevima
Svako krilo ima vlastitu krivulju baţdarenja koju definira proizvođač Krivulja se
dobiva u laboratorijskim uvjetima a oblikom je hiperbola male zakrivljenosti koja
se moţe aproksimirati pravcima
Mjerenje brzine krilom se bazira se na odnosu između brzine vode (v) i
specifičnog broja okretaja uronjenog propelera hidrometrijskog krila (n) Brzina se
mjeri u jednoj točki toka da se mjeri ukupan broj okretaja propelera (N) u vremenu
(t) te se iz tih podataka odredi specifičan broj okretaja propelera prema izrazu
n=Nt
na osnovu njega se iz krivulje baţdarenja očita srednja lokalna brzina vode u točki
mjerenja
Postupak se odvija tako da se hidrometrijsko krilo uroni u vodu pomoću uţeta s
utegom ili na vertikalnoj motki U krilu se nalazi mjerač koji mjeri broj okretaja
elise te podatke šalje kabelom do softvera na površini (obično je to nekakav most)
ili u plovilu koji ih biljeţi
Mjerenje se moţe provoditi na dva načina
1 iz čamca ili ţičare iznad vodotoka ndash pomoću uţeta s utegom
2 s mostića ili stojeći u plićem dijelu ndash sa vert motkom
Ako se pak brzina mjeri u cijevi pod tlakom krilo se postavlja na šipke pod pravim
kutem u odnosu na smjer toka
65 Što predstavlja tariranje hidrometrijskog krila i kako se provodi
Tariranje ndash predstavlja određivanje krivulje ovisnosti broja okretaja propelera
n (1s) o brzini vode v (ms)
- provodi se u laboratorijskim uvjetima na osnovi mjerenja broja okretaja
propelera u kompletnom rasponu brzina kretanja kolica koja se poznatom
jednolikom brzinom kreću nad kanalom ispunjenim vodom u stanju mirovanja i
na kojima je montirano hidrometrijsko krilo
- rezultati mjerenja daju hiperbolu vrlo male zakrivljenosti (zamjena
pravcima)
66 Objasnite mjerenje brzine vode pomoću plovaka
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
S obzirom na vrstu plovaka moţemo mjeriti
1 površinsku brzinu vode (površinskim plovcima)
2 brzinu vode na nekoj dubini ispod površine (dubinskim plovcima)
3 srednju brzinu vode do određene dubine (plovak-palica)
Princip mjerenja u otvorenom toku sastoji se od
bull mjerenje puta (s) kojeg plovak prijeđe u vremenu promatranja (t) - za
površinsku i dubinsku brzinu
bull mjerenje vremena (t) koje je potrebno da plovak prijeđe fiksiranu duljinu
(s) ndash kod mjerenja srednje brzine do određene dubine
Na osnovu tih podataka određuje se srednja vrijednost brzine vode u vodotoku
Zbog prisutnosti pulzacije brzine vode potrebno je pri mjerenju koristiti najmanje
3 plovka
67 Objasnite elektromagnetski postupak mjerenja brzine vode i kako se
primjenjuje
Eektromagnetski mjerači djeluju na principu Faradayevog zakona elektromagnetske
indukcije Koriste se za mjerenje brzine bilo koje vrste fluida a posebno su pogodni
za mjerenje vode koje prenose veće količine suspenzija kao što su otpadne vode u
kanalizacijskim sustavima
Princip rada EM-mjerača se zasniva na električnom vodiču (električno vodljiva
tekućina - voda) koji protječe vodotokom te svojim gibanjem u magnetskom polju
inducira električni napon Digitalna tehnologija omogućava memoriranje promjene
tog induciranog napona u realnom vremenu koji je proporcionalan brzini gibanja
vode na mjerenom mjestu
Magnetno polje proizvodi se zavojnicom u senzoru a inducirani napon se mjeri
parom elektroda također smještenim u senzoru elektromagnetskog mjerača Ti
podaci se prenose do centralne memorijske jedinice
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
68 Objasnite ultrazvučni postupak mjerenja brzine vode ADCP mjeračima
Osnovna primjena ADCP kao pokretnih mjerača je izmjera brzinskog polja u
poprečnom presjeku vodotoka i to sa jednim pokretnim uređajem na osnovi
ultrazvuka Prikladni oscilator pretvarač (transduktor) kao izvor ultrazvuka
upućuje zvučni udarac kroz vodu (ping) visoke frekvencije ( gt30 kHz) Odaslani
ultrazvuk reflektira se od lebdećih čestica suspenzije u vodi koje imaju isti smjer i
brzinu kao masa vode Dio energije koji se pritom vraća na izvor (transduktor)
mjeri se piezoelektričnim transduktorom koji djeluje kao izvor i kao prijemnik
ultrazvuka Razlika emitirane i primljene energije na transduktoru određuje se kao
promjena frekvencije ultrazvuka tzv Dopplerov pomak Mjerenjem Dopplerovog
pomaka moguće je u svakoj prilici izračunati relativnu brzinu protjecanja vode kroz
odabrani profil u odnosu na izvor ultrazvuka
Najznačajnija prednost ultrazvučnih pred klasičnim mehaničkim mjeračima je u
višestruko brţem postupku mjerenja kontinuirano vremenski neprekinutom
mjerenju i mogućnosti trodimenzionalne analize vektora brzina u mjernom profilu
69 Definirajte protoku vode i metode njenog određivanja
Protok (Q) ndash je količina vode prikazane volumenom (m3) koja protječe kroz
poprečni presjek (profil) vodotoka ili cijevi u jedinici vremena (sec) Ovisna
je o količini oborina i površinskom slivu
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Metode određivanja protoke
- Neposredne ili volumenske metode ndash
a Milneova posuda ndash sastoji se od dvije spojene posudice i
pričvrščene na osovinu pa izgledaju kao klackalica Ispod
klackalice se nalazi posuda koja skuplja vodu iz gornjih
posudica što se izmjenično pune i prazne Mjerenje se
sastoji u tome da posebni mehanizam mjeri impulse
praţnjenja vode iz posudica na klackalici Q=Vt
b Danaida ndash posuda za mjerenje protoke (eliminira utjecaj pulzacije)
- Posredne metode (kod otvorenih vodotoka) ndash
a metode površina-brzina
- grafička metoda
- grafoanalitička metoda
- analitička metoda
b metoda izotaha
c metoda mjerenja brzine plovcima
d kemijska metoda
- trenutni postupak
- postupak doziranja
e hidraulička metoda
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
70 Objasnite metode površina-brzina za određivanje protoke vode otvorenog
vodotoka
Razlikujemo tri postupka određivanja protoke metodom površina-brzina
- grafički postupak
- grafoanalitički postupak
- analitički postupak
a GRAFIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok pomoću
procijenjene srednje vrijednosti brzine toka
Vrše se mjerenja brzine na više točaka po površini toka te u tri
karakteristične točke po dubini toka (obično su to točke na 10cm ispod
površine zatim na 60 dubine toka promatrano od površine i na 20-25cm od
dna vodotoka) Izmjerene podatke prikazujemo dijagramom tako da s donje
strane apscise ucrtavamo izmjereni poprečni profil vodotoka (hi) a s gornje
profil brzina (vi) Zatim se u dijagramu procijeni pravokutnik (pravac) koji će
predstavljati koji će predstavljati srednju brzinu (vsr) vode u toku Umnoškom
srednje brzine i površine poprečnog profila vodotoka (odredi se iz dijagrama)
dobivamo ukupnu protoku Q=A∙vsr
Grafički postupak je najjednostavniji ali dosta neprecizan
b GRAFOANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom određuje ukupni protok
sumom parcijalnih protoka (Qi)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram Ovim postupkom cijelokupnu
površinu poprečnog profila dijelimo na vertikalne segmente (Ai) Zatim
određujemosrednje brzine (vi) na rubovima svakog segmenta (Ai) te pomoću
njih određujemo srednje brzine svakog pojedinog segmenta prema izrazu
vi=05∙(vi-1+vi) Na temelju tako dobivenih srednjih brzina računaju se
parcijalni protoci Qi=vi∙Ai
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Ukupni protok dobiva se sumiranjem parcijalnih protoka
n
iiuk QQ
1
c ANALITIČKI POSTUPAK - ovim se postupkom ukupni protok određuje
sumom parcijalnih protoka (Qn)
Također se prethodno izmjerene vrijednosti dubina vode i brzina u
odgovarajućim točkama ucrtavaju u dijagram
Razlikujemo izračun brzina
- za 3 točke [vn=03∙vp+05∙v60+02∙vd] i
- za 5 točaka [vn=01(vp+3∙v20+3∙v60+2∙v80+vd)] Cijelokupnu površinu poprečnog profila također podijelimo na vertikalne
segmente (Ai) te za svaki segment računamo elementarne protoke koji su
jednaki umnošku odgovarajuće brzine i dubine na promatranom segmentu
poprečnog presjeka vodotoka qn=vn∙hn Nanosimo ih na gornji dio dijagrama
Zatim računamo srednje elementarne protoke (qsr) prema izrazu
qsr=05∙(qn-1+qn) te ih također ucrtavamo u gornjem dijelu dijagrama
Protoke po pojedinim segmentima dobivamo umnoškom srednjeg elementarnog
protoka (qsr) i širine promatranog segmenta (bn) Qn=qsr∙bn
n
nuk QQ
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
71 Metoda izotaha i tahigrafska krivulja
Izotahe ndash su krivulje koje povezuju točke istih brzina
- Metoda izotaha se sastoji u određivanju protočnih zona (Ai) u profilu vodotoka
omeđenih izotahama - krivuljma koje prikazuju točke profila s jednakim brzinama
toka Vrše se mjerenja brzina u više točaka po širini i dubini vodotoka Dobiveni
rezultati brzina se ucrtavaju u dijagram s gornje strane apscise dok se s donje
ucrta poprečni profil vodotoka Zatim se na osnovu gornjeg dijagrama brzina te
rezultata dobivenih mjerenjem brzina po dubini u profil mogu ucrtati izotahe
Potom se pomoću tahiografske krivulje određuju se površine zona (Ai) Protok se
dobiva sumom parcijalnih protoka koji se pak određuju pomoću integrala preko
brzine dvAQ ii
Tahigrafska krivulja ndash je krivulja odnosa izmjerenih brzina vi i dobivenih površina
Ai
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
72 Objasnite metodu određivanja protoke vode kod velikih vodotoka pomoću
plovaka
Metoda određivanja protoke plovcima vrši se tako da grupu plovaka puštamo niz
vodotok u proizvoljno odabranom poprečnom profilu (ulazni profil) i mjerimo
vrijeme koje im je potrebno da prijeđu unaprijed određeni dio duljine puta L
Točnije mjeri se vrijeme koje im je potrebno da stignu do srednjeg mjernog
profila (na polovici puta L) gdje se odredi srednja brzina (vsp)grupe plovaka na
površini vodotoka Zatim se pomoću nje određuje protoka vode koju nazivamo
fiktivnom iz razloga što ona ne pokazuje stvarnu vrijednost protoke vode u
vodotoku Stvarnu vrijednost protoke dobivamo umanjivanjem fiktivne protoke Qf
sa korekcijskim koef k Q=k∙Qf Korekcijski koef dobivamo eksprimentalnim
mjerenjima plovcima ili hidrometrijskim krilom
U grupi pilota mora biti više od 3 plovka a što je veći vodotok bolje je koristiti više
plovaka jer ćemo na taj način dobiti preciznije rezultate mjerenja
73 Objasnite kemijske metode za određivanje protoke vode u vodotoku
Kemijske metode se koriste za mjerenje bujičnih tokova tokova s kaskadama i
vrtlozima gdje je izraţena turbulencija vode Razlikujemo trenutni postupak i
postupak doziranja
Trenutni postupak mjerenja ndash na ulaznom se mjestu protoke ubacuju traseri ili
obiljeţavači (kemijski indikator ili flourescentne tvari poznate rastopine (co)
koji se brzo rastapaju i rasprše po cijelom volumenu te vode
Zatim se na udaljenosti L u bilo kojoj točki poprečnog profila uzima uzorak
tako obiljeţene vode U tom se uzorku određuje koncentracija rastopine (C)
Uzorci se za potrebe određivanja protoke uzimaju u vrlo gustom razdoblju
cdtC Q=AC
srhBcc
L2670010
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Postupak doziranja ndash provodi se kao i trenutni samo sa kontinuiranim upuštanjem
obiljeţavača zbog čega se promatra koncentracija rastopine u mjernom
profilu tijekom vremena (od t0 do tn)
sr
o
cCQ
Q
n
cc n
sr
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
74 Prikaţite hidrauličke metode određivanja protoke vode u kanalima i
vodotocima
Hidrauličke metode ndash predstavljaju posredno mjerenje protoka kod kojih postoji
funkcijska veza između protoka i razine vode
Metode preljeva
- oštrobridni preljevi ndash
- s obzirom na oblik poprečnog presjeka preljeva oštrobridni preljevi mogu
biti
trapezni
HbgHKHQ p 5215
221
pravokutni
21
23
2gHHbKQ p
trokutasti
21
215
8 2 gHHKQ
- nepotopljeni preljevi sa širokim pragom ndash nema akumuliranja nanosa idealni
su za mjerenja malih prirodnih tokova
23
2gDbmQ
D=P1+H0
H0=H+v22g
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
- Venturijev kanali ndash
21
22 HgAQ
75 Što predstavlja specifično otjecanje i kako se određuje
Specifično otjecanje (q) predstavlja odnos protoke i površine s koje je ta voda
otekla
2km
ls
A
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
76 Što je Coriolisov koeficjent i kako se određuje
Coriolisov koeficjent ili koef kinetičke energije ndash pokazuje odnos stvarne
kinetičke energije mase vode koja proteče kroz protjecajnu površinu u jednoj
sekundi prema kinetičkoj energiji određenoj iz uvjeta da su brzine u svim
točkama protjecajne površine jednake srednjoj brzini
Coriolisov se koef se određuje pomoću matematičkog izraza
1 Av
dAv
3A
3
77 Što je protočna (konsumpcijska) krivulja njezini matematički oblici i
metode određivanja
Krivulja protoka definira ovisnost između protoka (Q) i vodostaja (h) tj vrijedi
Q=f(h) Odnos protoka i vodostaja je sloţen i nejednoznačjan što je posljedica
neustaljenosti tečenja vode promjenjive hrapavosti (obraslosti) korita
nestabilnosti obala i dna korita itd
- ovaj se odnos definira iz razloga što je mjerenje vodostaja svakodnevan posao
dok se protok na nekom profilu mjeri nekoliko puta godišnje (5 do 10)
Tako se omogućuje određivanje vodostaja (h) iz poznatog (izmjerenog) protoka
(Q) a pomoću protočne krivulje Q=f(h)
- krivulja protoka se mora eksperimentalno definirati na osnovu serije
istovremenog mjerenja protoke i vodostaja Ovisnost vodostaja i protoke moţe
se prikazati na tri načina - grafički (krivuljom protoka)
- tablično
- analitički (matematičkim izrazom)
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
- najčešću primjenu u praksi ima analitički izraz protočne krivulje zbog svoje
praktičnosti Tri su uobičajena matem modela u praksi
1 kvadratna parabola - Q=a+b∙h+c∙h2
2 polinom - Q=a∙(h+h0)b
3 eksponencijalna funkcija - Q=a∙ebh
- parametri a b i c se definiraju metodom najmanjih kvadrata dok je h0
konstanta koja predstavlja razliku visine između nulte točke vodomjera i dna
profila
78 Grafički način određivanja parametara protočne krivulje eksponencijalnog
oblika
U prirodi se javljaju hidrološke pojave koje omogućuju istovremeno
promatranje i definiranje dvaju ili više obiljeţja karakterističnih za tu pojavu
Između tih obiljeţja postoji međusobna povezanost (tj znači da se promjena
jednog obiljeţja (X) odraţava na drugom (Y))
Grafički se mogu predočiti tri karakteristična slučaja
a promatrana obiljeţja X i Y neke hidrološke pojave vezana su strogom
funkcionalnom vezom (vrlo je malo ovakvih obiljeţja u hidrologiji)
b ne postoji nikakva veza među promatranim obiljeţjima X i Y hidr pojave
c promatrana obiljeţja nisu povezana funkcionalnom vezom ali nisu ni
međusobno
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
neovisna jer dijagram rasipanja (vidljivo na dijagramu) pokazuje da većim
vrijednostima varijable X pripadaju i veće vrijednosti varijable Y
Takva veza među hidrološkim varijablama se naziva slučajna ili stohastička
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Grafičko određivanje protočne krivulje svodi se na izvlačenje teţišnica između
dovoljnog broja točaka (broj izmjerenih protoka pri različitim vodostajima) ako
njovo rasipanje nije preveliko Takva se krivulja moţe prihvatiti ako su mjerenja
obuhvatila cijelu amplituda vodostaja ndash od najniţeg do najvišeg zabiljeţenog
vodostaja
Rasipavanje vodomjerenja oko protočne krivulje (teţišnica između točaka)
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
79 Što predstavlja ˝oblik petlje˝ na protočnoj krivulji i kako se rješava
Pri otjecanju vode u prirodnim uvjetima je redovito izaţena nestacionarnost što
je glavni razlog nastajanja petlje na protočnoj krivulji Postojanje petlje
izraţeno je za vrijeme velikih voda i vodnih valova
Do formiranja petlje na dijagramu Q-h dolazi jer su u periodu nailaska velikih
vodnih valova padovi vodnog lica za protoke u porastu veći (a time je i protok
veći) a za protoke u opadanju manji (i protok je manji) što znači da će se kod
jednog te istog vodostaja u razdoblju porasta vodnog vala javljati veći protok
nego u razdoblju njegova opadanja Unutar petlje moţe nastati neograničeno
mnogo protjecanja pa je potrebno odrediti teţišnicu sustava tih petlji tj
protočnu krivulju Q=f(H)
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
80 Objasnite ekstrapolaciju protočne krivulje po metodi Stevensa
Ekstrapolacija protočne krivulje je postupak određivanja protočne krivulje u
području u kojem nema protoka izmjerenih u ovisnosti o vodostaju uglavnom se
radi za velike vode a po potrebi i za male vode
Veličina ekstrapolacije ne smije biti prevelika obično ona ne prelazi iznad 20
vrijednosti najvećegnajmanjeg izmjerenog protoka
Stevensova metoda ekstrapolacije koristi se kod visokih vodostaja Uz
određena pojednostavljenja protok kroz profil vodotoka dan je izrazom
Q=Ak srH
gdje su gt Hsr ndash srednja profilska dubina RO
AHsr
gt k ndash konstanta za široka i duboka korita k=C I
gt C ndash Chezy-jev koeficjent
gt R ndash hidraulički radijus
gt I ndash pad dna korita
Postupak se provodi grafički Nakon definiranja zakonitosti Q=f(Ak srH ) i
Ak srH =f(Hsr) za odgovarajuće vrijednosti Hsr A i Q od najvišeg vodostaja s
izmjerenim protokom zakonitost Q=f(A srH ) produlji po pravcu koji određuju
točke (A srH Q) Zatim se za nekoliko vrijednosti između najvišega vodostaja s
izmjerenim protokom Hmax i najvišeg zabiljeţenog vodostaja VVV izračuna
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
krivulja AksrH = f(Hsr) a potom i nacrta Na kraju se za različite vodostaje H gt
Hmax grafički preko krivulje Ak srH = f(Hsr) i pravca Q=f(A srH ) produlji
protočna krivulja u područje visokih vodostaja
81 Nacrtajte hidrogram i objasnite kako se dobiva te što predstavlja
Hidrogram je grafički prikaz promjene protoka (Q) u vremenu (t) tj vrijedi
Q=f(t)
Oblik hidrograma ima svoj tipičan uzorak koji se moţe promatrati u tri dijela
1 razdoblje povećanja protoka
2 razdoblje vršnog dijela
3 razdoblje opadanja protoka
- hidrogram u razdoblju porasta počinje u točki početka površinskog otjecanja
(B) i traje do točke infleksije na kraku porasta (C)
- razdoblje vršnog dijela sadrţi dio krivulje hidrograma između točaka infleksije
na kraku porasta (C) i kraku opadanja (E) U tjemenu krivulje hidrograma (D) je
vršni protok tj tjeme krivulje hidrograma predstavlja trenutak u kojem cijeli
bazen sudjeluje u formiranju dotjecanja a taj trenutak definira vrijeme
koncentracije (sabiranja) sliva (tc)
- razdoblje opadanja sadrţi preostali dio od točke (E) do točke završetka
površinskog otjecanja (F)
Dio krivulje dijagrama od A do B predstavlja hidrogram efluentnog otjecanja a
dio od F do G je hidrogram otjecanja nakon prestanka površinskog otjecanja
Za konstruiranje hidrograma koriste se podaci iz hidroloških godišnjaka u
kojima su definirani podaci o vodostajima i protocima za određene hidrološke
stanice i vodotoke Koristeći se tim podacima na apscisu nanosimo vremensko
razdoblje (t) za koje ţelimo izraditi hidrogram dok na ordinatu nanosimo
odgovarajuće vrijednosti protoka Q
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Hidrogram se u nekim slučajevima moţe i aproksimirati trokutom ili
trapezom ali tada moraju vrijediti pretpostavka -gt oborine konstantne jačine (i) i
trajanja (t0) koja padne na pravilnu glatku i nepropusnu površinu (što znači da
nema upijanja)
82 Što predstavlja koef otjecanja kako se proračunava te od čega zavisi
Koeficjent otjecanja (c) je odnos efektivnih oborina (He) i brutto oborina (Hb)
tj vrijedi
b
e
HH
c
A moţe se prikazati i kao odnos volumena otjecanja i volumena oborina palih na
neku površinu Određivanje koef otjecanja predstavlja jedan od najsloţenijih
problema u hidrologiji jer sadrţava mnogo čimbenika koji utječu na veličinu
otjecanja u slivu Najčešće se kreće u granicama od 02 do 08 a ovisi o
nepropusnosti tla u slivu zasićenosti tla vodom vegetaciji vrsti obliku i veličini
slivne površine trajanju i jačini oborina i dr
Koef otjecanja potrebno je definirati
1 za dio slivnog područja neke rijeke
2 za pojedine urbane sredine (npr nekog grada i sl)
83 Objasnite analitičko rješavanje korelativne veze među hidrološkim
varijablama (metoda najmanjih kvadrata) za proračun protočne krivulje
Analitički se protočna krivulja moţe definirati najčešće za dva oblika
1 ANALITIČKI OBLIK ndash kvadratna parabola
- pretpostavi se da je protok funkcija vodostaja i parametara a b c n
Q= f (H a b c n)
- njenim razvijanjem u red slijedi
Q= a+ bH+ cH2+ dH3++ nHm
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
- zbog svojih vrlo malih vrijednosti svi članovi iza trećeg člana se
zanemaruju pa prvi oblik protočne krivulje glasi
Q= a+ bH+ cH2
Postupak određivanja Σ(H-Hi)
2=gtminimum I
H1 -gt Q1 H2 -gt Q2 Hn -gt Qn
- Iz parcijalne derivacije izraza I po parametrima dobivamo
0c
HH
0b
HH
0a
HH
2i
2i
2i
IV_______QHHcHbHa
III_______QHHcHbHa
II_____________QHcHban
i24
i3i
2
ii3i
2ii
i2ii
ii
- iz II III i IV dobivamo vrijednosti parametara a b i c (npr
Q=024+12H-034H2) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
2 ANALITIČKI OBLIK ndash eksponencijalni oblik krivulje (y=axb)
- pretpostavi se oblik Q=aVb gdje su V ndash dubina vode a i b ndash parametri
- ovisno o poloţaju nule vodomjera razlikujemo 3 karakteristična slučaja
a) ako se nula vodomjera poklapa s dubinom vode protočna krivulja će imati oblik
Q=aHb
b) ako se nula vodomjera nalazi ispod dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H-B)b
a) ako se nula vodomjera nalazi iznad dubine vode protočna krivulja će imati
oblik
Q=a(H+B)b
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
- Kod vodotoka s promijenjivim presjekom
Postupak određivanja Q=A(HplusmnB)γ log ako je B=0 =gt Q=AHγ
logQ=logA+γlog(HplusmnB)
za (HplusmnB)=1 =gt logQ=logA jer je log(HplusmnB)=log1=0
0x
0A
x
2
2
xx2xx
xx
iiii
ii
QHHAlogH
QHAlogn
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
- ako uvedemo da je x=log(HplusmnB) i y=logQ =gt
II_______________yxxAlogx
I____________________yxAlogn2
- Iz jednadţbi I i II moţemo odrediti parametre A i γ (iz logA =gt A)
(npr Q= 124(H-B)121) Uvrstimo li zatim poznate vrijednosti vodostaja H1 H2
Hn moţemo izračunati pojedinačne protoke Q1 Q2 Qn
Za analitičko određivanje nepoznatih parametara a b i c protočne krivulje
oblika Q=f(H) na osnovu izmjerenih podataka H i Q najčešće se koristi metoda
najmanjih kvadrata na način da se prvo odabere povoljniji oblik krivulje
(prednost ima ona koja se bolje prilagođava izmjerenim podacima) a potom se
određuju parametri pri čemu mora biti Σ(Q-Qi)2=minimum
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
84 Što je parametarska hidrologija i koje metode koristi
Pod pojmom parametarska hidrologija podrazumijeva se način analize
hidroloških procesa u kojemu se upotrebljava deterministički pristup istraţivanja
hidroloških sustava uz korištenje različitih parametara Naziva se još i određena
iskustvena deterministička analitička ili dinamička hidrologija Koristi metodu
jediničnog dijagrama metodu izokrona racionalnu metodu i sl
85 Objasnite racionalnu metodu i njezinu primjenu
Racionalna metoda koristi se isključivo za proračun maksimalnog otjecanja
zadanog povratnog razdoblja na urbanim i drugim manjim slivovima
Kod primjene racionalne metode treba biti ispunjen uvjet da je vrijeme
površinskog sabiranja (tsl) manje od vremena sabiranja u vodotocima (tv) tj da
vrijedi tsl gt tv
jer ova metoda ne obuhvaća efekt retardacije zbog akumuliranja vode na površini
sliva i pretpostavlja nepromijenjenu jačinu oborina na čitavom slivu Povećanjem
slivne površine primjena pretpostavka konstantnosti oborina postaje oteţana
Racionalnom metodom se moţe odrediti samo vršna vrijednost hidrograma
ali
ne i hidrograma u cijelosti što ograničava njezinu primjenu i čini je
neupotrebljivom kod dimenzioniranja hidrotehničkih objekata kada su potrebni
podaci o volumenu vode i trajanju poplavnog vala (što je moguće odrediti samo uz
pomoć kompletnog hidrograma)
Racionalna metoda daje maksimalni protok (Qmax (s-1)) određenog
povratnog
razdoblja (PR ndash u godinama) koji se formira na nekom slivnom području prema
izrazu
Qmax=i(t0PR)∙A∙c
- gdje su
i(t0PR) - prosječna jačina oborina u funkciji trajanja oborina i povratnog
razdoblja
A - površina sliva
c - koeficjent otjecanja
- kako se apsolutni vršni protok na hidrogramu javlja u trenutku kada u otjecaju
sudjeluje ukupna slivna površina tj vrijedi t0=tc za maksimalni protok dobivamo
izraz Qmax=i(tcPR)∙A∙c
86 Što je vrijeme koncentracije sliva i kako se određuje
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Vrijeme koncentracije (sabiranja) sliva (tc) je vrijeme koje je potrebno da
elementaran efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta
opaţanja protoka u vodotoku Mjeri se u satima (h)
U hidrološkim se analizama ukupno vrijeme sabiranja (tc) dijeli na dva dijela
1 vrijeme površinskog sabiranja (tsl)
2 vrijeme sabiranja u vodotocima niţeg i višeg reda (tv)
Vrjedi jednakost tsl+tv=tc
Vrijeme površinskog sabiranja je vrijeme koje je potrebno da elementaran
volumen
vode iz neke točke (A - najudaljenije) sliva dospije do točke koju
smatramo početkom vodotoka (B)
Vrijeme tečenja vodotokom je vrijeme tečenja vode od početka vodotoka (B) do
točke izlaznog profila (C)
Vrijeme tečenja općenito predstavlja odnos puta i brzine od kojih nam je put
poznat (odredi se mjerenjem) pa se određivanje vremena tečenja svodi na
određivanje srednje brzine tečenja Vrijeme površinskog tečenja dobivamo
pomoću poluempirijskih izraza hidrauličkog karaktera dok se vrijeme tečenja u
vodotocima moţe jednostavnije izračunati nekom od hidrauličkih metoda
Najjednostavniji hidraulički postupak određivanja vremena sabiranja sliva (tc)
polazi od pretpostavke sa vrijedi izraz
v
L
36
10tc
gdje su L ndash duljina glavnog vodotoka od vododjeljnice sliva do izlaznog profila
v ndash srednja brzina vode u vodotoku
ovaj je izraz najgrublji način za određivanje vremena koncentracije sliva i
uglavnom se koristi kada nema drugog načina
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
87 Objasnite metodu izokrona i način njezine primjene
Metoda izokrona temelji se na izokronalnim kartama sliva a koristi se za
proračun dotjecanja (Qtc) nakon vremena koncentracije sliva u slučaju kada je
intenzitet oborina (i) veći od intenziteta infiltracije (f) tj za igtf
Postupak se obavlja za određeno područje sliva koje je podijeljeno zamišljenim
linijama tzv izokronama a koje povezuju točke u prostoru između kojih je
jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode Karta sliva s takvim
grafičkim prikazom naziva se izokronalna karta sliva
Postupak određivanja hidrograma površinskog otjecanja metodom izokrona
provodi se na način
Najprije se na promatranom slivu konstruiraju izokrone (linije) Vrijeme
otjecanja vode od jedne do druge izokrone je Δt dok ukupno vrijeme otjecanja
od najudaljenije izokrone do izlaznog profila odgovara vremenu koncentracije
sliva Tc
Nakon toga se konstruira hijetogram efektivne kiše konstantnih
intenziteta u vremenima Δt Temeljna je protpostavka da je na cijeli sliv pala kiša
i da su intenziteti efektivne kiše i1 i2 itk u vremenskim razmacima Δt
Trajanje efektivne kiše Tk je Tk=k Δt=Tc
Ispod hijetograma se u dijagram vrijeme površina nanesu površine sliva
između pojedinih izokrona a1 a2 atc Površine između izokrona se nanose u
razmacima Δt a vrijeme za sve površine a1 do atc jednsko je vremenu konc
sliva
Tada se pristupa izradi hidrograma otjecanja redoslijedom
- U prvoj jedinici vremena Δt do izlaznog profila dolazi voda s površine a1 uslijed
efektivne kiše intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena Δt Q1=a1i1
- Tako na kraju druge vremenske jedinice (2Δt) do izlaznog profila dolazi voda s
površine a1 na koju je pala kiša intenziteta i2 te voda s površine a1 na koju je u
prvoj jedinici vremena Δt pala kiša intenziteta i1 pa je protok na kraju vremena
2Δt
Q2=a1i2+a2i1
- Nadalje imamo za protok nakon treće jedinice vremena (3Δt)
Q3=a1i3+a2i2+a3i1
- Protok u i-tom trenutku glasi
ik
1kk1ki
ik
1k1kiki aiaiQ
Vremenska baza hidrograma povr otjecanja (ukupno trajanje otjecanja) je
Tb=Tc+Tk-Δt
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Poloţaj izokronalnih linija u prostoru nije konstantan već se mijenja zbog
varijabilnih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltracije što znatno oteţava
proračun metodom izokrona
88 Što je jedinični hidrogram kako se određuje i čemu sluţi
Jedinični hidrogram sliva je hidrogram direktnog otjecanja nastao od
jedinične efektivne oborine [He =1 (mm)] koja je ravnomjerno pala na cijelu
slivnu površinu konstantnom jačinom (i) tokom zadanog vremenskog intervala (T)
Vremenski interval (T) ili jedinično trajanje oborine se odabire po ţelji ovisno o
veličini promatranog sliva Obično je to u granicama 5 min lt T lt 24 h
Definiranje jediničnog hidrograma svodi se na transformaciju efektivne
oborine u hidrogram direktnog otjecanja
Temeljna pretpostavka teorije jediničnog hidrograma je linearnost i
ustaljenost sustava zbog čega vrijede načela proporcionalnosti i superpozicije iz
kojih proizlazi da
- a ndash pljuskovi istog trajanja daju hidrogram s istom vremenskom bazom Tb
neovisno o kišnom intenzitetu (i)
- b ndash ordinate kiše (He) proporcionalne su za pljuskove istog trajanja (t0)
- c ndash oblik hidrograma je neovisan od prethodnih ili budućih kiša
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Da bi se iz jediničnog hidrograma mogao dobiti stvarni hidrogram otjecanja
pretpostavi se da se sliv ponaša kao stacionaran i linearan sustav te za njega
vrijede principi superpozicije i proporcionalnosti
Na osnovi nivograma moţe se odrediti jedinični hidrogram i to na način
1 konstruira se opaţeni hidrogram
2 odvoje se bazno i površinsko otjecanje
3 odredi se vremenska baza hidrograma Tb
4 izračuna se volumen baznog otjecanja Vb
5 izračuna se efektivna kiša A
VP de (mm)
6 izračunaju se ordinate jediničnog dijagrama
eP
)t(Q)tT(u odnosno
e
ii P
Qu
mm
sm3
Ukoliko nivogrami nisu na raspolaganju jer nisu obavljena neka opaţanja
hidrogram se moţe konstruirati logičnom interpolacijom
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
89 Objasnite razliku između baznog i direktnog otjecanja
Bazno i direktno otjecanje zajedno predstavljaju ukupno otjecanje s
promatranog slivnog područja
Razlika između baznog i direktnog otjecanja očituje se u brzini otjecanja
te
u poloţaju otjecajne vode u odnosu na površinu sliva Tako direktnim otjecanjem
smatramo brzo otjecanje tj otjecanje koje se odvija na vanjskoj površini sliva te
u gornjem potpovšinskom sloju dok se baznim otjecanjem smatra sporo otjecanje
tj ono otjecanje koje se odvija u podzemlju te u donjem potpovršinskom sloju
DIREKTNO - površinsko i brzo potpovršinsko otjecanje
BAZNO - sporo potpovršinsko i podzemno otjecanje
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
90 Što je stohastička veza među hidrološkim varijablama
Stohastička veza = slučajna veza (tokom vremena mijenjaju svoje stanje
na slučajan način ne postoji mogućnost da se predvidi ili odredi neka točna
vrijednost u određenom vremenskom intervalu)
Stohastička hidrologija (poznata i kao statistička hidrologija ili
hidrologija slučajnih procesa) svojom primjenom omogućuje da se hidrološki
procesi i pojave opisuju i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matematičke statistike
Povezanost ili korelacija ndash je odnos ili međuovisnost dviju mjerljivih varijabli
91 Nabrojite teorijske funkcije raspodjele primijenjene u hidrologiji
Teorijske funkcije raspodjele koje se primjenjuju u hidrologiji moţemo podijeliti
na diskretne i kontinuirane raspodjele
DISKRETNE funkcije razdiobe
- binomna
- Poissonova
KONTINUIRANE funkcije razdiobe
- Gaussova ili normalna
- logaritamsko-normalna
- Galtonova
- Gumbeltova
- Goodrichova
- Gibrat-Gaussova
- gama razdioba
- Maxwellova
- Pearsonova
92 Na koji način formiramo uzorak povijesnih mjerenja za proračun
vjerojatnosti
Ne nađem nigdje ništa što bi se moglo nazvati odgovorom na ovo pitanje
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
93 Što predstavlja krivulja učestalosti i krivulja trajanja vodostaja te kako
se dobiva
Krivulja trajanja vodostaja je grafički prikaz ukupne učestalosti (kumulativne
frekvencije) vodostaja na mjernom profilu vodotoka Ona pokazuje koliko je
trajao neki vodostaj
Krivulja učestalosti je grafički prikaz učestalosti određenog vodostaja u nekom
razdoblju na mjernom profilu vodotoka
Konstrukcija ovih krivulja zahtijeva provođenje numeričke obrade potrebnih
podataka - ukupna učestalost vodostaja većih i manjih od određenog vodostaja
(za krivulju trajanja) i učestalost određenog vodstaja (za krivulju učestalosti)
Nakon proračuna ti se podaci prikazuju tablično radi preglednosti
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Tablica sadrţi sljedeće podatke
1 stupac ndash podjela godišnje amplitude vodostaja po razredima (razred
predstavlja određeni skup vrijednosti promatrane veličine (u ovom
slučaju je to vodostaj) koja je podijeljena na više međusobno jednakih
razreda ndash veličina jednog razreda je obično 2 do 5 amplitude
analizirane veličine)
2 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao ukupan
broj dana pojavljivanja tog razreda
3 stupac ndash učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazan kao relativna
učestalost u postocima pojavljivanja tog razreda
4 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno kao broj dana pojavljivanja određenih razreda
5 stupac ndash ukupna učestalost vodostaja pojedinih razreda prikazana
kumulativno u postocima
Konstruiranje krivulja započinje ucrtavanjem pojedinačnih učestalosti razreda
čime se dobiva histogram učestalosti vodostaja Na tako ucrtan histogram
interpolira se krivulja (poligon) učestalosti vodostaja Krivulja trajanja vodostaja
konstruira se spajanjem točaka ukupne učestalosti svakog pojedinog razreda
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
94 Nabrojite i opišite karakteristične točke na krivulji učestalosti i krivulji
trajanja protoke
Karakteristične točke krivulja trajanja i učestalosti su
a) CENTAR ndash aritmetička sredina svih obrađivanih veličina promatraog
razdoblja
b) MEDIJAN ndash veličina koja odgovara 50-nom trajanju (ukupne
učestalosti)
c) MODUS ndash najučestalija veličina krivulje učestalosti (odgovara točki
infleksije na krivulji trajanja)
- kod simetrične razdiobe sve ove veličine padaju u jednu točku dok se kod
nesimetričnih razdioba javlja udaljenost između centra i modusa koja
predstavlja stupanj te nesimetričnosti a koji se naziva radijus asimetrije
95 Kako određujemo empirijsku funkciju raspodjele iz mjerenog uzorka
Kod empirijske razdiobe podataka dobivenih mjerenjem ili motrenjem različitih
hidroloških veličina prvi korak je sređivanje tih podataka tj postavljanje
opaţenih vrijednosti u niz Vrijednosti u nizu mogu biti
- u opadanju x1gt x2gtgt xmgtgt xN ili
- u rastu xNlt xN-1ltlt xN-m+1ltlt x1
N ndash je ukupan broj članova (podataka)
m ndash je redni broj člana x u nizu sređenom po opadanju
N-m+1 ndash je redni broj člana x u rastućem nizu (odgovara m-tom članu u
opadajućem nizu)
Sljedeći je korak formiranje razreda te proračun učestalosti i relativnih
učestalosti obiljeţja X po pojedinim razredima Nakon toga se oblikuje funkcija
empirijske razdiobe Φ(x) definirane izrazom
)(
xx
i
iNf
x 0 le Ф(x) le 1
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
Gdje je fi frekvencija i-te vrijednosti xi promatranog obiljeţja X
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
U praksi se najčešće koristi tri različite formule za funkciju empirijske razdobe
Hazenova (najčešća) P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (2∙m-1)2∙N
Weibullova P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = m(N+1)
Čegodajevljeva P (X ge xm) = Ф (X ge xm) = (m-03)(N+04)
96 Što je povratni period u hidrologiji i kako se izraţava
U hidrološkim se analizama često umjesto vjerojatnosti neke pojave
P (X ge x) = 1-F(x) ili P (X le x) = F(x) učestalost hidroloških veličina obično
iskazuje povratnim razdobljem pojave Ako se X odnosi na neku varijablu vezanu
za jednu godinu (npr min ili max protok) tada se recipročna vrijednost od P (X ge
x)
tj PR (godina) = 1 P(X ge x) naziva povratnim periodom
)(
1
)(1
1
)(
1)(
xFxXPxXPxPR
- gdje je F(x)= P(X le x) funkcija razdiobe
Povratno razdoblje se moţe definirati kao prosječan vremenski interval
(u godinama) tokom kojega će se jednom javiti slučaj X ge x
Kada se radi o maksimalnim godišnjim protocima tada se obično kaţe 50-godišnja
ili 100-godišnja velika voda što u biti znači da se takav protok javlja jednom u 50
odnosno 100 godina
Izbor povratnog perioda je vrlo bitan kod proračuna funkcionalnosti i
konstrukcije hidrotehničkog objekta jer se svaki takav objekt gradi s odabranim
projektnim vijekom trajanja L (u godinama) pri čemu se za povratno razdoblje PR
mjerodavne pojave moţe uzeti da je ili veće ili manje od projektnog vijeka
trajanja L Time se odmah moţe postaviti pitanje rizika r (bezdim veličina) da
mjerodavna pojava bude premašena tokom projektnog vijeka objekta definiranog
izrazom L
RPr
111
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
SLIV
GEOLOŠKI ČINIOCI NA SLIV
Geološki činioci osim na vododjeljnice utječu i na reţim otjecanja posredstvom
površinskog podpovršinskog i podzemnog tečenja
Tako razlikujemo tri vrste tečenja iz vodotoka u podzemlje i obratno
- normalno strujanje ndash nastaje u slučaju prihranjivanja vodotoka iz
podzemlja kod niskih vodostaja (NV) Kod srednjih (SV) i visokih
(VV) vodostaja vodotok prihranjuje podzemlje
- influentno strujanje ndash kada vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
podzemlje
- efluentno strujanje ndash kada se vodotok neovisno o vodostaju prihranjuje
iz podzemlja
Jačine tih strujanja bitno ovise o geološkim formacijama zbog njihovih svojstava
(jačina upijanja vodni kapacitet itd) znatno utječu na reţim otjecanja
OSOBINE TLA
Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline
prašine i pijeska te raspoloţivog prostora između tih čestica koji je ispunjen
zrakom vod parom ili vodom Voda s površine popunjava prostor između čestica
tla pod djelovanjem adhezije površinske napetosti ili sile teţe radi čega se voda
u tlu obično klasificira kao
a) addhezijska voda ndash sadrţana je u gornjem sloju tla zbog uzajamnog
molekularnog djelovanja između čestica tla i infiltrirane vode
b) kapilarna voda ndash pojavljuje se kada daljnjim povećanjem vlaţnosti tla
nastupi zapunjenje najuţih pora tla vodom zbog djelovanja
površinske napetosti Molekularne sile i sile površinske napetosti su
bitnije od sila teţe koje se mogu zanemariti
c) temeljna ili gravitacijska voda ndash nalazi se u dijelu tla koje je zbog
povećanja sadrţaja vode u tlu stalno ispunjeno vodom Ova se voda
moţe gibati pod utjecajem gravitacijskih sila Do formiranja
gravitacijske vode dolazi kada se poniranje vode zaustavi zbog
pruţanja vodonepropusnog sloja (zbijena glina kompaktna stijena i
sl) U praksi se koristi naziv podzemna voda
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
VEGETACIJA
Biljni pokrov (vegetacija) zadrţava značajan dio oborina te time bitno utječe na
pojedine parametre vodnog bilansa Zbog zadrţavanja vode na lišću i granju a
posebno radi znatne potrošnje vode u izgradnji biljne mase vegetacija djeluje na
smanjenje ukupne količine vode koja otječe s nekog slivnog područja Biljni
pokrov pruţa dobru zaštitu od erozije zemljišta
Utjecaj biljnih pokrova nije isti za sve vrste npr šume troše mnogo više vode
nego zatravljeni pašnjaci itd Posebno značajan utjecaj po ukupnom godišnjem
efektu na oborine imaju četinari jer za razliku od bjelogoričnog bilja vodu
trebaju preko cijele godine
UTJECAJ LJUDSKOG RADA
Općenito postoje dve glavne grupe utjecaja ljudskog rada na hidrološke pojave na
nekom slivnom području
1 utjecaji koji proizlaze iz čovjekove aktivnosti u poljoprivredi
šumarstvu i urbanizmu
2 utjecaji koji proizlaze izvedbom hidrotehničkih radova i objekata
(isušivanje močvara izgradnja protupoplavnih nasipa izgradnja
akumulacija kanala za navodnjavanje itd)
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
PROCESI U SLIVU
Procese u slivu čine vremanski promijenjivi parametri hidrološkog ciklusa
a) evapotranspiracija
b) upijanje
c) površinski procesi
d) potpovršinski procesi i
e) procesi u riječnom koritu
EVAPOTRANSPIRACIJA (dodatak)
Evapotranspiracija je direktan gubitak u bilansiranju vode koja padne i koja
oteče Evapotranspiracija predstavlja gubitak vode u hidrološkom ciklusu gdje se
voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu Pri tom su evapotranspiracijom
obuhvaćeni kompleksniji gubici koji nastaju zbog istovremenog događanja
evaporacije i transpiracije
UPIJANJE
Upijanje ili poniranje (infiltracija) (f) nazivamo proces prolaska vode s površine u
unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode S
hidrauličkog se aspekta upijanje moţe definirati kao neustaljeno strujanje vode
kroz nezasićenu poroznu sredinu
Strujanje vode kroz zasićenu sredinu nazivamo procijeđivanje ili filtracija
Na jačinu upijanja utječu činioci poput jačine oborina fizičke osobine tla
(poroznost granulacija sadrţej vlage i dr) stanje površine tla (gustoća i vrsta
biljnog pokrova) kemijski sastav zemljišnih čestica temperatura tla itd
U praksi postoje dva načina određivanja upijanja
1 matematičko modeliranje
2 direktno mjerenje
- Matematičko modeliranje upijanja se sastoji u izradi matematičkih modela
upijanja (Horton i dr)
- Mjerenje upijanja provodi se pomoću infiltrometara koje klasificiramo kao
a) infiltrometri koje voda preplavljuje (sastoje se od cijevi ili
koncentričnih prstenova koji se porinu u tlo do dubine od 40-50 cm Voda se iz
menzura toči u cijev ili u prstenove tako da se očitavanjem vode u menzurama
direktno mjeri infiltracija)
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
b) infiltrometre rasprskivače (najčešće se koriste na parcelama duline
oko 2 m Rasprskivači se sastoje od 2 reda posebnih prskala postavljenihh uzduţ
stranica parcele a kojima se voda konstantnim intenzitetom dovodi na parcelu
simulirajući tako kišu što je bolje moguće)
POVRŠINSKI PROCESI - INTERCEPCIJA
Intercepcija je proces zadrţavanja dijela oborina na lišću i granama vegetacije
Taj dio oborina ne dospijeva na tlo nego se u vidu vodene pare vraća u atmosferu
U hidrološkom proračunu ovaj gubitak vode u otjecanju se uzima u obzir kroz
koeficjent otjecanja ili kao ukupna evapotranspiracija sa sliva
POVRŠINSKI PROCESI ndash ZADRŢAVANJE VODE U UDOLINAMA
Dio oborina koji padne na površinu tla moţe se zadrţati u udolinama
(depresijama) tako da ta voda ne otječe površinski već se infiltrira ili evaporira
Istraţivanja su pokazala da količina vode zaostala u depresijama (DS)
bitno ovisi o padu terena pa tako postoje neki izrazi za vodu zadrţanu u
depresijama
- prema Kidd-u 40770 IDS
- prema Weissman_u 3 I 1 780353 IDS
- gdje je I () prosječan pad terena
POVRŠINSKI PROCESI ndash NAGOMILAVANJE I TOPLJENJE SNIJEGA
U slivovima gdje su snjeţne oborine izraţenije dolazi do njihovog značajnog
utjecaja na reţim otjecanja
Za određivanje otjecanja vode zbog postojanja snjeţnog pokrivača treba
raspolagati s podacima o zalihama snijega u slivu te hidrometeorološkim
parametrima poput temperature zraka ukupnih oborina vjetra i sl
Kao gruba procjena ekvivalenta vode u snijegu uzima se da 300 mm svjeţeg
snijega odgovaravisini kiše od 25 mm pri čemu treba paziti na činjenicu da je
gustoća svjeţeg snijega između 50 i 200 gl za razliku od kompaktnog čija je
gustoća oko 300 gl
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
POVRŠINSKI PROCESI ndash POVRŠINSKO OTJECANJE
Površinsko otjecanje ovisi o količini oborina i njihovoj vremenskoj
raspodjeli Ako je intenzitet oborina malen manji od intenziteta upijanja ili
evapotranspiracije sva će se oborina ili infiltrirati ili ispariti No ako je
intenzitet oborina veći od intenziteta infiltracije ili evapotranspiracije doći će
do procesa površinskog otjecanja što znači da u ovom procesu sudjeluje samo
onaj dio oborin akoji preostane nakon zadovoljenja potreba tla i vegetacije za
vodom nakon zadrţavanjavode u udolinama (infiltracije) i evapotranspiracije Ovo
tečenje je pod znatnim utjecajem površinske napetosti i trenja površine terena
Površinsko otjecanje sa sliva se moţe promatrati trojako
- kao površinsko ili primarno otjecanje s manjih slivnih površina
- kao otjecanje u vodotocima niţeg reda koji bočno kontinuirano
prihvaćaju površinsko otjecanje
- kao otjecanje u vodotocima višeg reda koji koncentrirano prihvaćaju
vodu od pritoka
Općenito površinsko otjecanje je nejednoliko (prostorno promijenjivo) i
neustaljeno (vremenski promijenjivo) tečenje Za proračun takvog tečenja
postoje HIDRAULIČKI POSTUPCI (temelje se na rješavanju jednadţbi koje opisuju zakon odrţavanja mase i zakon odrţanja količine gibanja) i HIDROLOŠKI
POSTUPCI (temelje se na korištenju jednadţbe neprekidnosti)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash POTPOVRŠINSKO OTJECANJE
Potpovršinsko otjecanje je proces otjecanja vode kroz rastresit (porozan) i
nezasićen sloj tla
Sastavljeno je od 2 komponente
- brzog potpovršinskog otjecanja
- sporog potpovršinskog otjcanja
Za mjerenje potpovršinskog otjecanja razvijeni su mnogi hidrološki modeli koji
simuliraju tu pojavu (npr TANK Stanford SSARR i dr)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash PERKOLACIJA
Perkolacija je proces prodiranja vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj
površini podzemne vode
Drugim riječima to je proces prelaska kroz tlo onog dijela infiltrirane vode
kojom se obnavlja podzemna voda te se stoga perkolacija često naziva i
efektivnim upijanjem (Fe)
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
POTPOVRŠINSKI PROCESI ndash STRUJANJE POZEMNE VODE
Strujanje podzemne vode je proces kretanja vode kroz zasićeno porozno tlo
PROCESI U RIJEČNOM KORITU
Postoje 4 bitna i međusobno ovisna procesa koji se odvija u riječnom koritu
1 EVAPORACIJA
2 TEČENJE VODE (protok)
3 PRONOS NANOSA
4 PROMJENA OBLIKA (deformacija) KORITA
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
OTJECANJE
ČINIOCI KOJI UTJEČU NA HIDROGRAM
Najutjecajniji činioci na hidrogram jesu
1 OBORINSKI ČINIOCI (jačina i trajanje oborina)
2 METEREOLOŠKI ČINIOCI (pravac i brzina kretanja oborina)
3 TOPOGRAFSKI ČINIOCI (veličina pad i oblik sliva gustoća riječne
mreţe i reljef)
4 GEOLOŠKI ČINIOCI (jačina upijanja tla sadrţaj vlage u tlu te razina
podzemne vode)
5 BIOLOŠKI ČINIOCI (vegetacija)
6 ANTROPOGENI ČINIOCI
Prve tri grupe činioca imaju dominantan utjecaj na hidrogram u odnosu na
preostala tri
MAKSIMALNO OTJECANJE S MALIH SLIVOVA
Maksimalno otjecanje predstavlja tjeme hidrograma tj točka vršnog protoka
(točka pri kojoj u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli bazen promatranog sliva)
Postupke za proračun max otjecanja moţemo svrstati u
- postupke translacije
- postupke zaliha (akumulacije)
U postupke translacije ubrajamo
- racionalni postupak
- postupak izokrona
- postupak jediničnog dijagrama
Postupci translacije su bazirani na čistoj translaciji te ne uzimaju u obzir efekte
zadrţavanja vode u slivu (na površini u depresijama i dr) i zato hidrogram
dobiven ovim metodama ima veći vršni protok dok je ukupno vrijeme otjecanja
kraće nego kod realnog hidrograma
Unutar postupaka zaliha ubrajamo
- postupak trenutnog jediničnog dijagrama
- postupak sintetičkog jediničnog dijagrama
- suvremeni postupci temeljeni na fizikalnim i matematičkim
modelima površinskog otjecanja
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
HIDROMETRIJA
KRIVULJA TRAJANJA I KRIVULJA UČESTALOSTI
TRAJANJE - ako je vodostaj h1 onaj od kojeg počinje poplava onda je T1
trajanje poplave jer pokazuje koliko dana u promatranoj godini traje poplava Ili
T2 je trajanje plovidbe ako je h2 vodostaj ispod kojeg je zbog premalenih dubina
nemoguće ploviti
Trajanje predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici naziva razdiobom
Kod krivulje trajanja je ispod osi apscise T ucrtana os TT0 koja predstavlja
relativno trajanja Relativno trajanje daje odnos prema ukupnom vremenu
motrenja
Krivulja UČESTALOSTI pak predstavlja pojam koji se u matematičkoj statistici
naziva funkcijom gustoće vjerojatnosti
Relativna učestalost UU0 predstavlja postotak pojavljivanja određene veličine
u odnosu na pojavljivanje svih veličina
OSNOVNA OBRADA HIDROLOŠKIH PODATAKA
Obrada podataka se moţe odnositi na
1 obradu opaţanih veličina za neku točku određenog sliva
2 određivanje varijacija hidr veličina uzduţ sliva
Osnovna obrada obuhvaća prvi pregled i provjeru podataka a zatim i njihovo
tabeliranje Provjeru ukupnih pogrešaka treba provesti analizom svih slučajnih i
sistematskih pogrešaka koje se mogu pojaviti tijekom opaţanja mjerenja i
obrade a za to su najpogodnije metode matematičke statistike
Osnovna obrada podataka obuhvaća obradu vodostaja i protoka a sastoji se u
određivanju
a ndash srednjih dnevnih vodostajaprotoka
b ndash dnevnih ekstrema (max i min) i trenutaka njihove pojave
c ndash srednjih mjesečnih i srednjih godišnjih vodostajprotoka
d ndash mjesečnih i godišnjih ekstrema i datum njihove pojave
e ndash krivulja učestalosti i trajanja
f ndash nivograma i hidrograma
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
PODACI SADRŢANI U TABLICAMA HIDROLOŠKIH GODIŠNJAKA
Tablice prikazuju
- ime vodotoka (rijeke i dr)
- ime hidrološke stanice i njen broj
- površinu sliva (A - u cm2)
- kotu ˝nulte˝ točke vodomjera (mnm)
- podaci o srednjim dnevnim vodostajima (h - u cm) za svaki dan u godini
- podaci o srednjim dnevnim protokama (Q - u m3s) za svaki dan u godini
U zaglavlju tablice upisani su podaci uz pojedine oznake kao što su
NV ndash najmanji mjesečni ili godišnji vodostaj
SV ndash srednji mjesečni ili godišnij vodostaj
VV ndash najveći mjesečni ili godišnji vodostaj
SNV ndash srednji niski mjesečni ili godišnji vodostaj
SVV ndash srednji visoki mjesečni ili godišnji vodostaj
NNV ndash najniţi niski vodostaj (od početka rada stanice)
VVV ndash vrlo visoki vodostaj (najviši vodostaj od početka rada stanice)
NQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash mala mj ili god voda
SQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash srednja mj ili god voda
VQ ndash najmanji mjesečni ili godišnji protok ndash velika mj ili god voda
SNQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) mala voda arit sredina malih voda
SVQ ndash srednja (mjesečna ili godišnja) velika voda arit sredina velikih voda
NNQ ndash najmanja mala voda najmanji protok od početka rada stanice
HIDROLOŠKI PARAMETRI
Hidrološki parametar općenito je veličina koja opisuje neko svojstvo
obrađenih hidroloških podataka kao npr prosjek hidrološkog niza standardno
odstupanje koef varijacije koef asimetrije modulni koeficjent itd
Modulni koeficjent ndash je karakteristična vrijednost najčešće protok
podijeljena s prosječnom vrijednošću niza Modulni su koef pogodni za
uspoređivanje vodnih reţima različitih vodotoka
- Osnovni statistički parametri koji se koriste u hidrologiji 1 aritmetička sredina ndash sredina niza centar
n
1ix
n
1x
2 srednje kvadratno odstupanje ndash varijanca
2n
1i
2 xxn
1
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji
3 Standardno odstupanje ndash standardna devijacija
2n
1i
2 xxn
1
2n
1i xx
1n
1s
ltndash za mali broj podataka
4 koef varijacije
x
cv
5 koef asimetrije
33
s
mc
-gt gdje je m3 moment 3 reda
3n
1i3 xx
n
1m
ZAVISNOSTI HIDROLOŠKIH VARIJABLI
Takovi oblici zavisnosti (stohastički) varijabli se određuju regresijskim
računom (razmatra distribuciju frekvencije jedne slučajne varijable za različite
fiksirane vrijednosti druge varijable) i korelacijskim računom (razmatra
uzajamnu ovisnost i varijacije vrijednosti dviju slučajnih varijabli)
STOHASTIČKE VEZE
Stohastičke veze se koriste među hidrološkim varijablama za
nadopunjavanje podataka koji nedostaju bilo iz razloga da je prekinuto opaţanje
ili mjerenje te ako je potreno produljenje stohastičkog niza postojećih podataka
U tim se slučajevima provodi korelacijski račun promatranih hidrauličkih
varijabli (npr površinsko otjecanje količina oborina na slivu)
Veze između dviju hidroloških pojava mogu biti
1 funkcionalne (razlikujemo linearne i nelinearne)
2 pribliţne ili korelacijske ndash su veze u kojima postoji disperzija
podataka u određenom smjeru ndash korelativna veza moţe biti
pozitivna (izravna) ili negativna (inverzna)
3 nikakve ndash kada korelacijska veza ne postoji