Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

CSAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS. VÍZGYŰJTŐK HIDROLÓGIAI KÖRFORGÁSA Vízgyűjtő hidrológia Talaj zóna Sekély víztartó Telítetlen zóna Vízzáró rtg.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "CSAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS. VÍZGYŰJTŐK HIDROLÓGIAI KÖRFORGÁSA Vízgyűjtő hidrológia Talaj zóna Sekély víztartó Telítetlen zóna Vízzáró rtg."— Előadás másolata:

1 CSAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS

2 VÍZGYŰJTŐK HIDROLÓGIAI KÖRFORGÁSA Vízgyűjtő hidrológia Talaj zóna Sekély víztartó Telítetlen zóna Vízzáró rtg. Mély víztartó Napsugárzás Beszivárgás Felszíni lefolyás Interflow Alaphozam Talajvíz- párolgás Utánpótlódás Leszivárgás Tározás Átszivárgás Tározás Evapotranspiráció Csapadék Párolgás Tározás

3 CSAPADÉK A légköri nedvesség kondenzációjával keletkezik (halmazállapot váltás) Légnedvesség forrása: óceánok, tengerek, édesvizek, talajok párolgása A vízpára tározásnak maximuma van (telítési páranyomás) A telítési páranyomás túllépése esetén a felesleges vízpára mennyiség kicsapódik A kondenzáció feltételei: kondenzációs mag jelenléte, a levegő lehűlése, a vízcseppek megnövekedése, elegendő sűrűség kialakulása A levegő lehűlését a természetes hőmérsékletváltozás vagy a légtömegek vertikális mozgása okozza Hőmérsékleti ingadozás: köd, pára, harmat Légtömegek felemelkedése: lehűlés, a telítési páranyomás kisebb lesz, túltelítettség alakul ki, a felesleg kicsapódik (eső, hó) Elmozdulás adiabatikus hőmérséklet-változással jár (0,7-1 °C / 100 m) Elmozdulás oka: meteorológiai jelenségek (front, hegyvidékbe ütközés, ciklon)

4 CSAPADÉK Csapadékmagasság: adott időtartam alatt lehullott összes csapadékmennyiség Csapadékintenzitás: időegység alatt lehullott csapadékmennyiség Maximális intenzitás: rendszerint rövid időtartamú csak Időbeli átlagolás: intenzitás – időtartam görbe (adott intenzitás milyen hosszan tart időben; sok adat esetén elemzés, gyakorisági görbék szerkesztése) Tervezési mértékadó csapadék: diffúz szennyezések esetén közepes csapadékokra terveznek: mm/esemény, 1-5 éves gyakoriság Összegzett magasság [mm] Intenzitás [mm/h] Idő [h] Csapadék magasság Csapadék intenzitás Idő [h] Időtartam [h] Intenzitás [mm/h]

5 FELSZÍNI LEFOLYÁS A csapadék „maradéka”, amely az összes felszíni veszteség után rendelkezésre áll a lefolyás számára Felszíni veszteségek: növényzet intercepciója, felszíni mélyedések feltöltődése, beszivárgás a talajba Csak a nettó vagy többlet csapadék képes felszíni lefolyást generálni Rendszerint csak a közepes és nagy intenzitású csapadékesemények okoznak lefolyást a felszínen Gyakran ez a lefolyáskomponens a legszennyezettebb, oldott és partikulált formákat egyaránt szállít Intercepció: csapadékintenzitás, növényzettípus-, sűrűség, és növekedési szakasz függő, maximuma van a tározási kapacitásának Tározott mennyiség: a csapadékesemény után elpárolog Mélyedések: terepviszonyok és lejtés függvénye, maximuma van Tározott mennyiség: beszivárog, ill. a csapadékesemény után elpárolog

6 FELSZÍNI LEFOLYÁS C lefolyási tényezők módszere Q: csapadéktöbblet [mm] P: teljes csapadékmennyiség [mm] S i : intercepciós tározás [mm] S d : tározás a mélyedésekben [mm] Θ: aktuális nedvességtartalom [-] Θ s : porozitás [-] C pot = fv (talajtípus, területhasználat, lejtés) Θ/ΘsΘ/Θs C akt C pot =0.8 C pot =0.5 C pot =0.2

7 Egyszerű hóolvadási módszer: HÓOLVADÁS S: akkumulált hómennyiség víztartalma [mm] P: csapadékmennyiség (hó) [mm/d] DC: napi olvadási ráta [mm/d/°C] T atm : léghőmérdséklet [°C] T thr : hó-eső küszöbhőmérséklet [°C] Északi éghajlatokon jelentős hófelhalmozódás alakulhat ki az alacsony hőmérsékletek miatt A késő téli / kora tavaszi felmelegedések során a hó formájában tárolt vízmennyiség felszíni lefolyás formájában a befogadókba kerülhet A felső talajrétegek ekkor még fagyott állapotúak, ezért a beszivárgási ráta kicsi, a lefolyás nagy árhullámokat eredményezhet

8 BESZIVÁRGÁS Mértéke a talaj hidraulikai vezetőképességének, a talaj nedvességtartalmának, a növénytakaró típusának, a hőmérsékletnek függvénye A vezetőképesség a talaj fizikai típusának, kémiai összetételének függvénye Homoktalajok nagy, agyagok kis beszivárgási rátával rendelkeznek A tározási kapacitás szintén talajtípus-függő, négy nevezetes tározási érték használatos különböző nedvességi állapotok mellett 1. Telített állapot (porozitás) 2. Víztartalom 0.3 bar kapilláris feszültség mellett (vízkapacitás) 3. Víztartalom 15 bar kapilláris feszültség mellett (hervadáspont) 4. Maradék víztartalom (nem távolítható el) 1-2: szivárgás számára rendelkezésre álló vízmennyiség 2-3: csak a növényi transzspiráció számára elérhető vízmennyiség 3 alatt: növények által már nem felvehető víztartalom, csak párolgás lehet

9 JELLEMZŐ TALAJPARAMÉTEREK

10 BESZIVÁRGÁS A beszivárgási folyamat kezdetén az intenzitás nagy, a gravitáció és a kapilláris szívás egyaránt kifejti a hatását Később a pórusok telítődésével a kapilláris erők csökkennek, a talaj felső rétege telítődik, a beszivárgási ráta lecsökken a telítési vezetőképességre A felső telített réteg alatt a nedvességtartalom a mélységgel egyre jobban csökken, a belépő víz gyorsan szétosztódik a talajzónában Horton-féle infiltrációs formula: f(t): beszivárgás t időköz alatt [cm/h] f c : telített vezetőképesség [cm/h] f 0 : kezdeti (maximális) szivárgási ráta [cm/h] k: szivárgási sebesség csökkenési rátája [1/h] A teljes beszivárgó vízmennyiség: F: teljes beszivárgás T időköz alatt [cm]

11 Többlet vagy nettó csapadék: R s : többlet csapadék [mm] S i : intercepciós veszteség [mm] S d : veszteség a feltöltődések miatt [mm] F: beszivárgás [mm] BESZIVÁRGÁS t f HOMOK VÁLYOG AGYAG

12 TALAJPROFIL VÍZHÁZTARTÁSA D: talajprofil vastagsága [mm] Θ: nedvességtartalom a talajprofilban [-] F: beszivárgás [mm] ET: aktuális evapotranszspiráció [mm] PERC: vertikális elszivárgás a talajprofilból [mm] INT: laterális elszivárgás a talajprofilból [mm] A vízgyűjtőrendszer legfontosabb tározótere a telítetlen talajzóna A tárolt nedvességtartalom a beszivárgási rátát, a felszíni lefolyás mértékét, az evapotranszspirációt, a hidraulikai vezetőképességet egyaránt meghatározza (visszahatásokkal együtt) Telített és telítetlen vízmozgások egyaránt történnek benne

13 EVAPOTRANSZSPIRÁCIÓ Az intercepció, a mélyedésekben tárolt víz párolgása, növényi transzspiráció és a talajprofil vagy vízfelszín párologtatása együttesen, nedvességtartalom csökkenést eredményez (atmoszféra felé) Felszíni lefolyásra közvetlenül nincs nagy hatással A talajprofil nedvességtartalmára jelentős hatást gyakorol, következésképp az aktuális beszivárgási rátát közvetlenül meghatározza Potenciális értéke ideális növényfejlődés és nedvességtartalom feltételezése mellett számítható a meteorológiai jellemzőkből Aktuális értéke a növénytakaró típusától, a növekedési szakasz állapotától, az aktuális nedvességtartalomtól függ A vízkapacitás feletti víztartalom esetén az evapotranszspiráció értéke a maximálishoz közeli A hervadáspont alatti víztartalom esetén transzspiráció már nem lehetséges, a felszínhez közel párolgás előfordulhat

14 POTENCIÁLIS EVAPOTRANSZSPIRÁCIÓ Penman-féle formula: PET: potenciális evapotranszspiráció [m] Δ: a telítési páranyomás-görbe meredeksége adott hőmérsékleten [kPa/°C] R n : a nettó sugárzás [MJ/m 2 ] G: a talaj hőkibocsátása [MJ/m 2 ] γ: a pszichrometriai konstans [kPa/°C] T: léghőmérséklet [°C] u 2 : szélsebesség 2 m-re a talajfelszíntől [m/s] e s : a telítési páranyomás a levegőben adott hőmérsékleten [kPa] e a : az aktuális páranyomás a levegőben [kPa] Δ, G, γ, e s, e a = fv (meteorológiai adatok)

15 AKTUÁLIS EVAPOTRANSZSPIRÁCIÓ Intercepció: E i : intercepció [mm] P: csapadékmennyiség [mm] SI akt : lombkorona tározás [mm] PET: potenciális evapotranszspiráció [mm] Párolgás a mélyedésekből: E d : párolgás a mélyedésekből [mm] SD akt : tározás a mélyedésekben [mm]

16 AKTUÁLIS EVAPOTRANSZSPIRÁCIÓ Aktuális evapotranszspiráció (talaj párolgás és transzspiráció): ET: aktuális evapotranszspiráció [mm] Θ akt : aktuális nedvességtartalom [mm] Θ f : nedvességtartalom a vízkapacitásnál [mm] Θ w : nedvességtartalom a hervadáspontnál [mm] c v : növényfejlettségtől függő paraméter [-] Θ 1 0 ET/(c v ∙PET-E i -E d ) ΘwΘw ΘsΘs ΘfΘf

17 SZIVÁRGÁS A TALAJPROFILBÓL Akkor indul meg, ha a talajprofil nedvességtartalma a vízkapacitás felett van, a többlet mennyiség ekkor a szivárgás számára rendelkezésre áll A vízmozgást ekkor a gravitációs erők hajtják (nagyobbak a kapilláris erőknél) Oldható szennyezőanyagok legjellemzőbb transzportútvonala, a talajvíz utánpótlódását jelenti A szivárgó vízmennyiség a hidraulikus gradienssel arányos (Darcy törvény) A hidraulikai vezetőképesség a nedvességtartalom függvénye, minél nagyobb a nedvességtartalom, annál nagyobb a vezetőképesség 1D Richards’ egyenlet: q z : fajlagos vízhozam [m 3 /m 2 /s] H: piezometrikus (teljes) nyomásszint [m] C(h): vízkapacitás [1/m], C=∂Θ/∂h h: nyomásmagasság [m] K: effektív hidraulikai vezetőképesség Θ nedvességtartalomnál [m/s], K = fv (Θ) Θ: aktuális nedvességtartalom [-], Θ = fv(h)

18 SZIVÁRGÁS A TALAJPROFILBÓL Utánpótlódás (dH/dz≈0) RG: talajvíz-utánpótlódás [mm] K s : telített hidraulikai vezetőképesség [mm/h] Θ akt : aktuális nedvességtartalom [mm] Θ res : maradék nedvességtartalom [mm] Θ s : porozitás [mm] B: pórusméret eloszlási index a talajban [-] Interflow: (dH/dz≈S) RI: laterális lefolyás [mm] D : talajprofil mélysége [m] S: lejtés [-[ W: lejtőszakasz hossza [m] c s : talajtípustól függő paraméter [-] (Θ akt -Θ res )/(Θ s -Θ res ) K akt /K s HOMOK VÁLYOG AGYAG

19 FELSZÍNI LEFOLYÁS TOVÁBBÍTÁSA A generált nettó csapadék felszínen történő lefolyásának végigkövetése a terepen ill. a mederben Ennek eredménye a vízfolyás hálózat tetszőleges pontján keletkező vízhozam- idősor A lefolyás rendszerint időben dinamikus, térben változó, mélysége kicsi, sebessége lassú (mederben gyorsabb, szintén nem-permanens) Az árhullám a csapadékeseményhez képest késve jelentkezik a terepi összegyülekezési idő és a mederbeli levonulási idő miatt A vízmozgás leírása a St. Venant-féle hidrodinamikai egyenletek közvetlen felhasználásával, vagy az ún. egységárhullámkép módszerével történik A megoldás sok esetben csak numerikus úton történhet, nincs analitikus megoldás (elhanyagolások a St. Venant egyenletben) A megoldás során a vízhozam a mélység és terep- / medergeometriai jellemzők alapján számolható (Manning képlet)

20 HIDRODINAMIKAI EGYENLETEK Dinamikus hullámegyenlet Diffúziós hullámegyenlet Kinematikai hullámegyenlet h: vízmélység [m] Q: fajlagos vízhozam [m 3 /s/m] u: hosszirányú vízsebesség [m/s] g: gravitációs gyorsulás [m/s 2 ] S 0 : terep- / mederesés [-] S f : energiavonal esése [-] q: fajlagos oldalirányú hozzáfolyás [m 3 /s/m/m] Vízhozam-összefüggések: n: Manning-féle érdességi tényező [-] A: fajlagos keresztszelvény-terület [m2/m] R: hidraulikai sugár [m] α, m: terepi- / mederparaméterek

21 EGYSÉGÁRHULLÁMKÉP Egységárhullámkép általános egyenlete: Q: vízhozam a lefolyási útvonal végén [m 3 /s] U: egységárhullámkép-függvény [1/s] V: nettó csapadék / lefolyás mennyisége a lefolyási útvonal kezdetén [m 3 ] τ: késleltetési idő [s] t t τ Egységárhullámkép: vízgyűjtő hidrológiai válasza a gyors csapadékeseményre A teljes csapadékot azonos időtartamú egységcsapadékokra bontják, ezekhez rendelik az azonos alakú egységárhullámképet, majd a görbéket összegzik V U Q

22 EGYSÉGÁRHULLÁMKÉP Pl. a diffúziós hullámegyenlet alapján: c: kinematikai hullámsebesség [m/s] d: diszperziós tényező [m 2 /s] n: Manning-féle érdességi tényező [-] R: hidraulikai sugár [m], S: terepesés [-] Egységárhullámkép meghatározása csapadékmagasság-vízhozam mérések alapján történhet Matematikailag levezethető a hidrodinamikai egyenletek közelítő megoldásával

23 SEKÉLY VÍZTARTÓK Telített tározótér, amely közvetlen kapcsolatban áll a telítetlen zónával Alsó határa egy rossz vízáteresztő képességű geológiai réteg, felső határa az atmoszferikus nyomásszintű „talajvízszint” Alatta több mélyebb víztartó lehet, amelyek nyomás alatti vízterek A folyadékáramlás telített vízmozgás, sebessége lassú, a víz tartózkodási ideje hosszú, a geológiai környezet függvénye Utánpótlódását a talajból leszivárgó víz és a felszíni vizekből esetenként érkező vízmennyiség biztosítja A rendszer vesztesége a felszíni vizekbe irányuló vízmozgás, a talajvízpárolgás és a kismértékű leáramlás a mélyebb rétegek felé Csapadékmentes időszakok esetén a felszíni vizek egyetlen természetes vízutánpótlását adja (alaphozam) Mély talajvízszintek esetén nem képes a felszíni vizeket táplálni, így azok szárazidőszakban kiszáradhatnak

24 SEKÉLY VÍZTARTÓK

25 TALAJVÍZ-ÁRAMLÁS 3D Richards’ egyenlet a telített zónában: S(H): fajlagos tározás [1/m], S=∂Θ/∂H H: piezometrikus nyomásszint [m] K x, K y, K z : telített hidraulikai vezetőképesség a különböző irányokban [m/s] Alaphozam-meghatározás részvízgyűjtő-lépték esetén: Q gw : az alaphozam [mm] α gw : alaphozam csökkenési rátája [1/s] RG: talajvíz utánpótlódása [mm] Q gw,0 : az alaphozam kezdeti értéke [mm]

26 VÍZHOZAM-IDŐSOR Vízgyűjtőterületek hidrológiai válaszreakciója a meteorológiai eseményekre Az idősorból az egyes lefolyáskomponensek szeparálhatóak QsQs Q ss QiQi Q rb Q t QsbQsb


Letölteni ppt "CSAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS. VÍZGYŰJTŐK HIDROLÓGIAI KÖRFORGÁSA Vízgyűjtő hidrológia Talaj zóna Sekély víztartó Telítetlen zóna Vízzáró rtg."

Hasonló előadás


Google Hirdetések