1
Mgr. Monika Šulc Michalková, PhD.et PhD.
A
Uvedenie do témy,
definície hydrologie,
jej rozdelenie, prístroje a spôsoby merania
•hydrológia atmosféry
•hydrológia tečúcich vôd
(potamológia)
•hydrológia stojatých vôd
(limnológia)
•hydrológia mokradí
•hydrológia podzemných vôd
(hydrogeológia)
•hydrológia pôdy (hydropedológia)
•hydrológia ľadovcov (glaciológia)
•hydrológia snehu a ľadu
•Hydrológia
•fyzická oceánografia
•chemická oceánografia
•biologická oceánografia
•morská geológia a
geofyzika
•Hydrológia morí
(oceánológia)
•Hydrológia pevnín
Hydrometria (hydrometry) – časť hydrológie zaoberajúca sa spôsobmi merania
hydrologických prvkov potrebnými prístrojmi, ako aj metódami ich získavania,
prenosu, spracovania a archivácie hydrologických údajov.
Hydrografia (hydrography) – časť hydrológie popisujúca hydrologické procesy a
javy prebiehajúce vo vodných útvaroch a zákonitosti ich geografického
rozloženia na Zemi.
• Hydrogeológia (hydrogeology) – veda o podzemných vodách. Skúma pôvod a
tvorbu podzemných vôd, formy ich výskytu, ich rozšírenie, pohyb, režim, zdroje,
vzťah k povrchovým vodám a prírodné podmienky využiteľnosti a regulácie, pričom
prihliada na ich chemické, fyzikálne a biologické vlastnosti a na procesy vzájomného
pôsobenia podzemných vôd s horninami, pôdami, plynmi a inými tekutinami.
• Hydrometeorológia (hydrometeorology) – vedný odbor zaoberajúci sa skúmaním
zákonitostí výskytu a pohybu vody v ovzduší ako súčasti hydrologického cyklu;
niekedy sa pokladá za spoločnú časť vedných odborov hydrológie a meteorológie.
• Hydropedológia (hydropedology) – vedná disciplína, ktorá sa zaoberá statikou a
pohybom pôdnej vody, ako aj vlastnosťami vody a roztokov v pôde vo vzťahu k
vlastnostiam pôdy ako súčasti systému podzemná voda – pôda – rastlina –
atmosféra. Jej súčasťou sú kvantitatívne metódy určovania vlastností tohto systému
a metódy výpočtu pohybu vody a rozpustených látok v pôde.
•Samostatné (príbuzné) vedné disciplíny:
•Jednotlivé čiastkové disciplíny hydrológie:
Hydrosféra (hydrosphere) – voda na Zemi vo všetkých jej
formách a skupenstvách (vrátane vody v atmosfére).
•Základný princíp existencie hydrosféry
• Hydrologický cyklus (hydrologic cycle) –
nepretržitá prirodzená cirkulácia vody na Zemi,
spôsobená najmä slnečnou energiou a zemskou
gravitáciou, následnosť zmien jej skupenstva,
stavu a miesta a procesy, ktoré tieto zmeny
spájajú pri prechode vody z atmosféry na povrch
Zeme a naspäť.
•Objekt výskumu
•Príklad:
•Aká je potenciálna zásoba vody pre vodnú nádrž Liptovská
Mara na konci apríla?
•Východisková situácia
•Priemerná výška snehovej pokrývky je v Tatrách
a Západných Tatrách 36 cm, vodná hodnota zodpovedá
firnu, t.j. 0,8 a plocha pokrytá snehom je 418 km2.
V Nízkych Tatrách je priemerne 29 cm snehu, jeho
vodná hodnota je 0,7 a plocha pokrytá snehom je 148
km2. Meteorológovia hlásia výrazné oteplenie.
•S akým objemom vody by mohli počítať
vodohospodári?
•Riešenie:
•Tatry + Západné Tatry = 360 mm x 0,8 x 418 000 000 m2 = 120
384 000 m3 vody
•Nízke Tatry = 290 mm x 0,7 x 148 000 000 m2 = 30 044 000 m3
vody
•Spolu = 150 428 000 m3 vody.
•Liptovská Mara má celkový objem 360 000 000 m3
vody, t.j. na zachytenie vypočítaného objemu by musela
byť vyprázdnená na cca 60%.
•V hydrologickej praxi sa používa metóda
teplotného faktora. •Je to empirická metóda,
ktorá pracuje s dostupnými
hydrometeorologickými
údajmi.
•Podstata metódy je vyjadrená rovnicou:
•HT = a . D
•kde HT je vrstva vody, ktorá sa roztopí za 1
deň v cm, a je koeficient vyjadrujúci vplyv
klimatických podmienok na topenie snehu a
D je priemerná hodnota kladných teplôt v
priebehu 24 hodín.
8
Hydrometria - Definícia
 Časť hydrológie zaoberajúca sa:
spôsobmi merania hydrologických prvkov
priame
nepriame
potrebnými prístrojmi
hydrometrické vrtuľe
bezvrtuľový snímač rýchlosti vody na báze vodivosti
bezvrtuľový snímač ultrazvukový (ADCP)
metódami
získavania,
prenosu,
spracovania a
archivácie hydrologických údajov.
9
Pomocou merných nádob, ktoré vyhovujú podmienkam merania
Meriame čas potrebný na naplnenie nádoby.
Použitie:
1. Výdatnosť prameňov
2. Meranie malých prietokov
Hydrometria
Priame merania a stanovenie prietokov
t
V
Q 
10Hydrometria
Nepriame merania
Hydrometrickou vrtuľou
v - rýchlosť [m.s-1]
n - počet obrátok
vrtule za sekundu
α a β – konštanty
v = α + β*n
11Hydrometria
Nepriame merania
Bezvrtuľovým snímačom
rýchlosti vody
•OTT – Nautilus
•pracuje na princípe vodivosti
•pri veľmi malých rýchlostiach
•pri zarastenom koryte vegetáciou
12
Hydrometria -Nepriame merania
 Bezvrtuľovým ultrazvukovým snímačom
(ADCP)
 Z lode, člna, mosta, lanovky, atď.
 Prístroj je „zasadený“ do katamaránu.
 Čidlo musí byť pod vodou, aby prístroj mohol
pracovať spoľahlivo.
 Orientácia podľa GPS zabudovaného do prístroja
13
Príklad merania SHMÚ
14
15
16
Princíp – Dopplerov jav
Tento jav ako prvý opísal a zdôvodnil rakúsky fyzik v roku 1842. Všimol si,
že keď okolo neho prešla lokomotíva, na ktorej bola zapnutá siréna, počul
inú frekvenciu tohto zvuku keď sa ku nemu približovala a inú, keď sa od
neho vzďaľovala.
f* = (c – v / c – u ) . f
f* - je vnímaná frekvencia
c - rýchlosť signálu (zvuku)
v - rýchlosť pozorovateľa
u - rýchlosť zdroja zvuku
f - pôvodná frekvencia signálu.
17
Dopplerov jav (DJ)
popisuje závislosť vnímanej frekvencie vlnenia (f) (napríklad zvuku)
od rýchlosti pohybu zdroja vlnenia
rýchlosti pohybu pozorovateľa,
prípadne rýchlosti pohybu prenosového média.
• Dva spôsoby využitia
1. zmena pozorovanej f spojitého signálu odrazeného
od pozorovaného telesa: zdroj vyšle spojitý signál
ku objektu tento signál sa od neho odrazí späť ku zdroju
signálu, ktorý následne porovná f odrazeného s f
vysielaného signálu a vyhodnotí rýchlosť objektu.
2. využitie DJ pri meraní je, ak zdroj signálu nevysiela k
objektu spojitý signál, ale len impulzy signálu. Tieto
impulzy sa odrážajú od objektu späť k zdroju a ten
porovnáva periódu vysielania impulzov s periódou
odrazených impulzov.
18
 Metódami využitia poznatkov z hydrauliky (sklony,
prepady, priepuste, atď.)
 Thomsonov prepad – s vrcholovým uhlom 90°
 μ = súčiniteľ vplyvu kontrakcie
 h = prepadová výška
 g = konštanta tiažového zrýchlenia (9,81 m.s-2)
Hydrometria - Nepriame merania
62,0
.46,12...
15
8 2
5
2




pre
hghhQ
19
 Chemická metóda
 (v praxi SHMÚ sa nepoužíva)
 Injektáž látky môže byť:
 Jednorazová
 Kontinuálna
Hydrometria - Nepriame merania
20
 Časť hydrológie zaoberajúca sa:
• spôsobmi merania hydrologických prvkov
• priame
• nepriame
• potrebnými prístrojmi
• hydrometrické vrtuľe
• bezvrtuľový snímač rýchlosti vody na báze vodivosti
• bezvrtuľový snímač ultrazvukový (ADCP)
• metódami
• získavania,
• prenosu,
• spracovania a
• archivácie hydrologických údajov.
Hydrometria - Definícia
21
Hydrometria - Získavanie údajov
 Merania pravidelné:
 Merné profily vodomerných staníc
 Medzinárodne stanovené profily na hraničných tokoch
 Merania nepravidelné:
 Profily stanovené pre riešenie rámcových a iných úloh
 Profily určené objednávkou
 Výber merného profilu
• Súmerné prúdenie a plynulý sklon
• Sústredený celý prietok
• Bez balvanov a porastov a iných prekážok
• Bez vzdutia
• Prístupnosť
• Možnosť opakovania
22
 v súčasnosti je v správe SHMÚ vyše 400 vodomerných staníc pozorujúcich
vodný stav
Hydrometria
Získavanie údajov – vodomerné stanice
23
 Vodný stav
• hodinové (15 min.) intervaly (automatické stanice)
• denné údaje od pozorovateľov
 Prietok
• ako vodný stav, stanovený zo záznamu vodných stavov pomocou
mernej krivky prietokov
• alebo priamymi meraniami
 Teplota vody
• ako vodný stav, meraný pozorovateľom alebo senzorom
 Ľadové úkazy
• denne v zimnom období – vizuálne pozorovateľom
 Plaveniny
• denné vzorky brané pozorovateľom, alebo priame odbery
Hydrometria
Získavanie údajov – vodomerné stanice
24Hydrometria
Získavanie údajov – vodomerné stanice
UL 501, 502, CSSR
Hydrus,Ott, D
MARS 2 to MARS 5i,
Solar, SK
25
Hydrometria
Prenos údajov
 Záznamy v papierovej forme
• Pozorovateľ mesačne zasiela poštou
 Digitálne údaje zbierané priamo z prístrojov vo VS
• Mesačne, dvojmesačne, podľa potreby
 Digitálne údaje zbierané „online“
• S hodinovou alebo 15 minútovou frekvenciou
26
Automatické stanice s „online“ komunikáciou
Hydrometria
Prenos údajov
27
Hydrometria - Prenos údajov
28
Hydrometria
Získavanie údajov - meranie v teréne
 Profil musí byť prístupný za rôznych meteorologických podmienok
 Priamo z toku
• Brodenie
• Z člna a lode
29Hydrometria
Získavanie údajov - meranie v teréne
Rohožník - Rudavka
 Z mosta
Meranie z auta
30Hydrometria
Namerané údaje
 Vzdialenosť od brehu
 Hĺbka vo zvislici
 Uhol závesu
 Bodové rýchlosti
 Vodný stav
• Záznam počas meranie
• Stanovenie jeho hodnoty pre meranie
31
Čiary priemerných denných vodných stavov a prietokov
Hydrometria
Spracovanie údajov
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
Dni
Prietoky[m3
.s-1
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Vodnéstavy[m]
Prietoky
Vodné stavy
 Vodné stavy a prietoky v Bratislave na Dunaji v roku 1991
32
Hydrometria
Spracovanie údajov – výpočet Q z hydrometrovania
 Každá národná hydrologická služba má svoju vlastnú metodiku merania,
spôsobu výpočtu a program
33Hydrometria
Spracovanie údajov – výpočet Q z meraní pomocou ADCP
34
Hydrometria
Spracovanie údajov – merná krivka prietokov
 Vzťah vodných stavov a prietokov. Q = a (b+H)m
 Mení sa v čase (nestálosť koryta, prúdenia, atď.)
35Hydrometria - Spracovanie údajov –
merná krivka prietokov
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Q m3
.s-1
Hcm
Vzťah maximálnych prietokov a im odpovedajúcich vodných stavov
Červený most – Vydrica (5135)
36
 sú jemnozrnné nerozpustené častice rozptýlené vo vode
 sú produktom zmyvu z povodia, erózie vo vlastnom koryte, atď.
 ich množstvo je ovplyvnené fyzicko-geografickými pomermi v povodí ako aj
antropogénnou činnosťou
 Odbery vzoriek plavenín
 Brehové: odoberajú sa v mernom profile litrovou PVC fľašou uchytenou
na 2 metrovej tyči
 Celoprofilové: odoberajú sa pri hydrometrovaní lápákmi plavenín
 Kontrolné: odoberajú sa litrovou PVC fľašou a slúžia na kontrolu správnosti
odobratých vzoriek pozorovateľmi
Hydrometria
Plaveniny
37
Hydrometria
Získavanie a spracovanie údajov – plaveniny
Priemerná mesačná mútnosť na Dunaji (mg.l-1
)
0
50
100
150
200
250
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
BA-Dunaj
Medveďov-Dunaj
Komárno-Dunaj
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
7000000
8000000
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
Ročný odtok plavenín na Dunaji (t)
Bratislava Dunaj
Medveďov Dunaj
Komárno Dunaj
38
Hydrometria
 Ďakujem za pozornosť