Vandens ištekliai 1.Hidrologijos ryšiai su kitais mokslaisHidrologija- mokslas apie žemynų paviršiaus vandenis, tiriantis jų savybes, dinamiką ir ryšį su kitais geografinės sferos elementais. Bendroji hidrologija susideda iš kelių organiškai tarpusavyje susijusių dalių:• Hidrometrijos – tiria metodus ir prietaisus vandens tėkmių judėjimui ir būsenai nustatyti, taip pat nagrinėja vandens tėkmių matavimo ir duomenų tvarkymo būdus.• Hidrografijos – tiria ir aprašo upių ir kitų vandens telkinių morfologiją, vandens rėžimą, ūkinę reikšmę ir panaudojimo galimybes.• Žemynų hidrologijos – tiria upes, ežerus, tvenkinius ir kt. vandens telkinius bei jų visumą konkrečioje teritorijoje, taip pat žmogaus veiklos įtaką vandens kaitai telkiniuose. Žemynų hidrologijos uždavinys – nustatyti bendruosius žemynų vandens formavimosi bei rėžimo dėsningumus: hidrografinio tinklo susidarymo, drėgmės apykaitos, hidrologinių ir meteorologinių veiksnių bei paklotinio paviršiaus sąlygų ryšius• inžinerinė hidrologijos – tiria hidrologijos dėsnių taikymą, sprendžiant įvairių hidrotechninių statinių projektavimo ir konstravimo klausimus. Detaliai nagrinėja hidrologinių charakteristikų skaičiavimo bei prognozavimo klausimus. Bendroji hidrologija priklauso gamtos mokslams, tiriantiems žemės planetos, kartu ir jos hidrosferos savybes. Todėl ji savo ruožtu yra susijusi su keletu atskirų, jai artimų mokslų, būtent: meteorologija, fizika, matematinė statistika, hidrogeologija, hidrodinamika, hidrochemija, okeanologija, glaciologija ir pelkėtyra. Hidrologijos mokslo pradžia siekia gilią senovę. Jau pirmaisiais žmogaus egzistavimo metais vanduo buvo būtiniausias jo buities elementas. Lietuvoje hidrometrija ir hidrologija kaip disciplinos pirmą kartą buvo pradėtos dėstyti 1922 m Dotnuvoje. Mokslo pradininkas – S. Kolupaila. 2.Vandens išteklių kompleksinis naudojimas2.1.Kompleksinio naudojimo reikšmėVanduo yra nepakeičiamas gamtos turtas. Su juo susijusi žmogaus buitis, rekreacija, pramonė, hidroenergetika, žuvininkystė, žemės ūkis ir vandens transportas. Vandens apytakos gamtoje dėka formuojasi Žemės klimatas, jos paviršius, vandens telkiniai žemynuose, vietovės fiziniai geografiniai veiksniai. Nors žemės planetoje vandens yra daug (1386 mln. km3), tačiau gėlo vandens ištekliai nėra dideli – tik 2,53 %. Žmonijos ūkinėje veikloje daugiausia naudojama ta gėlo vandens dalis, kuri vandens apytakos dėka nuolat pasipildo – tai upių ir vandens telkinių vanduo. Pagal ūkinę svarbą antroje vietoje yra požeminis vanduo. Vanduo, esantis atmosferos sniego, lietaus ar liūties pavidalo, periodiškai drėkina įvairius žemės regionus. 2.2. Žemynų vandens kaitaVandens objektų būklės ypatumai tam tikru laikotarpiu yra vandens kaita. Vandens kaitos sąvoka yra gana plati, apimanti:*Vandens lygių, *Nuotakio (vandeningumo), *Ledo reiškinių, *Vandens temperatūros, *Vandens tėkmės nešamų kietų dalelių (nešmenų), *Ištirpusių vandenyje medžiagų sudėties ir koncentracijos, *Upių vagų kitimų daugiamečius, sezoninius ir paros svyravimus. Vandens kaitai taip pat priskiriami bangavimo ir tėkmės greičio pokyčiai. Vandens kaitos būna sureguliuotos arba natūralios. Priklausomai nuo vandens objektų rūšies būna upių vandens kaita, ežerų ir tvenkinių vandens kaita, požeminio vandens bei pelkių vandens kaita. Vandens kaitos elementais vadinami tie reiškiniai ir procesai (vandens lygio, vandeningumo, vandens temperatūros ir kiti svyravimai), kurių visuma apibūdina vandens objektų hidrologinę kaitą. Svarbiausias hidrologinės kaitos rodiklis – upių nuotakis. Nuo jo dydžio priklauso tam tikros teritorijos vandens ištekliai, hidroenergijos ir apskritai vandens ūkio raida. Pagrindiniai hidrologinės kaitos rodikliai yra šie:1. Debitas (Q) – vandens kiekis, pratekantis tėkmės skerspločiu per sekundę (m3/s). 2.Hidromodulis (nuotakio modulis) (q) – vandens kiekis, nutekantis per sekundę nuo baseino ploto vieneto (l/s km2). 3. Nuotakis (W) – natūralus vandens nutekėjimas, vykstant vandens apytakai gamtoje, per tam tikrą laiką (km3) W = QT. 4. Nuotakio aukštis (A) – vientisas vandens sluoksnio aukštis mm, kuris susidarytų visą nuotakio tūrį vienodai paskleidus upės baseino plote. 5. Nuotakio koeficientas ( ) – nuotakio aukščio ir kritulių aukščio per tą patį laikotarpį santykinis dydis. Parodo, kokia dalis kritulių vandens tenka nuotakiui. 6. Modulinis koeficientas (K) – bet kokio nuotakio charakteristikų dydžio ir to paties dydžio vidutinės aritmetinės reikšmės santykinis dydis. Charakterizuoja vandeningumą. 2.3. Vandens išteklių tyrimo metodaiVandens telkinių hidrologinė kaita geriausiai apibūdinama ilgalaikių natūrinių stebėjimų metu. Tačiau praktiškai tai nėra įmanoma, nes vandens telkinių daug, jų įvairovė taip pat didelė. Visur įrengti stebėjimų stotis ar postus neįmanoma. Be to ir ekonomiškai netikslinga įrengti pernelyg tankų stebėjimo stočių ar postų tinklą. Taigi esant retesniam stebėjimų stočių ar postų tinklui matematinės statistikos metodais įmanoma nustatyti priklausomybes tarp hidrologinių reiškinių ir juos formuojančių veiksnių. Tokiu būdu hidrologinių reiškinių vystymosi dėsningumus įmanoma susieti su vietovės klimatiniai veiksniais. Yra įvairūs sprendimo metodai: 1. Pagrįstas ryšys tarp hidromodulio ir baseino ploto q = f(F). 2. Pagrįstas vidutinių (norminių) hidromodulių izolinijų žemėlapio panaudojimu. Taikant šiuos du metodus praktiškai įmanoma apskaičiuoti svarbiausias hidrologines charakteristikas ir padaryti svarbias, hidrologinę kaitą charakterizuojančias išvadas tuomet, kai nėra pakankamai tankaus vandens matavimo stočių ar postų tinklo ir natūrinių stebėjimo duomenų. Hidrologinių reiškinių fizinių savybių tyrimams taip pat naudojamas eksperimentinis metodas. 2.4. Urbanizacijos ir kitų antropogeninių procesų įtaka vandens ištekliamsSvarbiausi antropogeniniai veiksniai, turintys įtakos vandens ištekliams, yra šie: 1. Nuotakio reguliavimas tvenkiniais. 2. Tinkamų karjerų rekultyvavimas. 3. Agrotechninės priemonės. 4. Hidrotechninė melioracija. 5. Komunalinis bei pramoninis vandentiekis. 6. Urbanizacija Dėl antropogeninių veiksnių įtakos kinta upių vandeningumas bei vandens užterštumas. Pramonės augimas ir žmonių koncentracija miestuose – didelė problema tinkamai naudoti vandens išteklius. Šias problemas sprendžia hidrologijos mokslo šaka – miestų hidrologija, nagrinėjanti urbanizacijos poveikį vandens kaitai ir jos kokybei. Vandens telkinių įrengimas, vandentiekio ir vandens valymo įrenginių statyba iš esmės pakeičia natūralų nuotakio rėžimą. Antropogeninių veiksnių įtaka didesnė mažų upelių baseinuose. Neracionaliai panaudojant mažų upelių vandenį jie gali visai degraduoti ir turėti neigiamos įtakos vietovės ekologijai.
3.Vandens pasiskirstymas ir jo įtaka Žemės planetoje3.1 Žemynai, vandenynai ir jūrosŽemės planetos paviršiui būdingas bendras nuolydis link jūrų ir vandenynų ir kitas – link uždarių nenuotakiųjų rajonų. Žemės planetos žemynai dalijami į 2 pagrindines dalis: nuotakinę (periferinę) ir nenuotakinę (uždarąją). Nuotakinę dalį sudaro žemės paviršiaus rajonai, kuriuose vanduo nuolydžio kryptimi teka upeliais ir upėmis į jūras ir vandenynus. Nenuotakinę žemynų dalį sudaro žemynų rajonai, kalnų atskirti nuo jūrų ir vandenynų. Šių rajonų vanduo į jūras ir vandenynus nenuteka, o susitelkia į nenuotykinius ežerus, išgaruoja ir infiltruotasi į gilesnius grunto sluoksnius, sudarydamas požeminius vandens telkinius. Vandenynai ir jūros užima 71 %, o žemynai – 29 % paviršiaus ploto. Didesnė žemynų dalis yra Šiaurės pusrutulyje (39,3 %). Visas vandenynų, iš dalies ir požeminis bei ežerų vanduo yra sūrus. Vertingiausias ir plačiausiai naudojamas gėlas vanduo, kuris sudari tik 2,53 % viso vandens kiekio. 3.2. Vandens apytaka gamtojeNuo saulės radiacijos priklauso procesai, vykstantys atmosferoje ir hidrosferoje – tai vandens garavimas, debesų susidarymas, krituliai lietaus ir sniego pavidalo, ledynų ir sniegynų tirpimas, dirvos tėkmė, sudarantys dėsningą grandį bendroje vandens apytakoje, vykstančioje gamtoje.Gamtoje vyksta 3 vandens apytakos ciklai: 1. mažasis (okeaninis) – iš jūrų ir vandenynų išgaravęs vanduo nepatenka į žemyną, bet kondensuojasi ir vėl lietaus ar sniego pavidalu iškrinta jūrų ir vandenynų paviršiuje. 2. didysis – išgaravusio vandens dalis koncentruojasi ir iškrinta jūrų ir vandenynų paviršiuje, o likusi dalis oro srovių pernešama į žemynus ir ten, iškritusi krituliais, grioviais, upeliais vėl grįžta į jūras ir vandenynus. 3. Žemyninis (kontinentinis) – dalis žemynuose iškritusių kritulių, nepatekusi į upelius, išgaruoja, kondensuojasi ir vėl krituliais iškrinta žemynų paviršiuje. Vandens apytakos dėka hidrosferoje vyksta nuolatinis dalies vandens judėjimas – garavimas ir atsistatymas. 4. Žemės planetos vandens balansasVandens balansas – tai kiekybiška vandens apytaka gamtoje. Daugiamečių stebėjimų metu nustatyta, kad žemės planetos jūrų ir vandenynų lygis ir upių nuotakis iš esmės nekinta. Todėl pagrįstai galima teigti, kad tarp į žemynus patenkančio vandens kiekio ir paviršinio bei požeminio nuotakio yra pusiausvyra. Garavimo nuostoliai yra kompensuojami upėmis ir požeminiais kanalais atitekančio vandens.4.1 Vandens balanso elementai ir lygtysKrituliai – (Xv, Xž)Garavimas nuo žemynų ir vandenynų paviršiaus – (Zv, Zž)Nuotakis (suminis) – YsVandens balanso lygtis: jūrų ir vandenynų Zv = Xv+ Y; žemynų Zž = Xž- YSuminis nuotakis Ys= Xž- Zž.Zv+ Zž = Xv+XžZv – vidutinis metinis garavimas nuo jūrų ir vandenynų paviršiausZž – vidutinis metinis garavimas nuo žemynų (sausumų) paviršiausXv – vidutinis metinis kritulių kiekis, iškritęs jūrų ir vandenynų paviršiujeXž – vidutinis metinis kritulių kiekis, iškritęs žemynų paviršiujeYs – metų suminis nuotakis (paviršinis ir požeminis).Vandens balanso elementų sąvokos:*Garavimas – garų susidarymo procesas, kai skysčio molekulės atitrūksta nuo laisvojo skysčio paviršiaus. Šio proceso metu į atmosferą išgaruoja apie 2/3 kritulių. Procesas, kada vandenį išgarina augalai, vadinamas transpiracija. O kai vanduo išgaruoja nuo sniego ar ledo paviršiaus, aplenkdamas skystąją fazę – sublimacija. Garavimo intensyvumas priklauso nuo drėgmės deficito ( garų kiekio trūkumo ore iki prisotintų garų būklės), jis savo ruožtu priklauso nuo vandens ir garų temperatūros, taip pat nuo oro slėgio ties paviršiumi. *Krituliai – tai garų koncentracijos proceso dėka susidarę lietaus lašai, sniegas ar kruša, iškritę ant žemės ar vandens paviršiaus. Yra 3 kritulių tipai: 1. Cikloniniai – susidaro šilto ir šalto oro srovių susidūrimo vietoje. Jei šiltas oras išstumia šaltą, tuomet lietus būna silpnas ir iškrenta didelėje teritorijoje. , jei šaltas oras išstumia šiltą – tuomet susiformuoja liūtys. 2. Konvenciniai – susidaro kondensuojantis vandens garams, kurie su šilto oro srovėmis pakyla į šaltus (aukštesnius) atmosferos sluoksnius. 3. Orografiniai – susidaro panašiai kaip ir konvenciniai, tiktai oro srovės atšąla kildamos kalnų šlaitais. Tai lokalinės kilmės krituliai.Krituliai apibūdinami intensyvumu, trukme ir bendru kiekiu. Intensyvumas – tai kritulių kiekis, iškritęs per laiko vienetą. Kritulių trukmė matuojama paromis, valandomis arba minutėmis, o bendras kiekis – vandens sluoksnio aukštis (mm).Krituliai, iškritę žemyne, pasiskirsto labai nevienodai dėl skirtingos baseinų padėties jūrų ir vandenynų atžvilgiu, vietovės reljefo, vyraujančių vėjų krypties ir kt. *Nuotakis – tai vandens tekėjimas nuolydžio kryptimi žemės paviršiumi. Jis prasideda nuo vandens tėkmių susidarymo momento ir pasibaigia joms įtekėjus į jūras ir vandenynus. Siaurąja prasme – vandens kiekis (tūris), Veikiamas žemės traukos jėgos, nutekantis nuolydžio kryptimi per tam tikrą laiką.
4.2.Vidutinės daugiametės kritulių, garavimo ir nuotakio normos4. 3. Vandens ištekliaiVykstant nuolatinei vandens apytakai gamtoje, vanduo patenka į žemynus. Ten jis mechaniškai ardo uolienas, formuoja žemės paviršių. Patekęs į gilesnius grunto sluoksnius sudaro požeminius vandens telkinius. Vandens ištekliai plačiai naudojami daugelyje sričių. Vanduo tiekiamas gyvenvietėms bei pramonės įmonėms. Hidroenergetika. Vandens transportas, žemių drėkinimas ir daugelis kitų svarbių žmogaus ūkinės veiklos sričių būtų neįmanomi neturint reikiamų vandens išteklių.Vandens telkiniuose ir upėse yra apie 0,27 % visų gėlo vandens atsargų. Pagrindinė gėlo vandens masė glūdi Antarktidos, Grenlandijos bei kalnų viršūnių ledynuose. Vandenynai – 96,54 %, ledynai ir pastovi sniego danga – 1,75 %, požeminiai vandenys – 1,69 %, gėlas vanduo – 2,53 %.5. Vandens kadastras ir hidrologinės prognozės5.1. Vandens kadastro turinysVandens kadastras – pagrindinių žinių apie upes ir kitus vandens telkinius rinkinys. Jame sutelkti duomenys yra labai svarbūs sprendžiant įvairius vandens ūkio klausimus, kaip vandens objektus praktiškai panaudoti. Pagrindinės vandens kadastro dalys: 1)bendroji nagrinėjamos teritorijos fizinė – geografinė apžvalga, 2)vietovės klimatiniai veiksniai, 3)teritorijos hidrografija, 4)vandens matavimo stočių ir postų sąrašas ir hidrometeorologinis tinklas, 5)hidrometeorologinių stebėjimų duomenys (vandens lygių, debitų, nešmenų, ledo reiškinių, vandens temperatūros, vandens cheminės būklės), 6) skirtingų vandens telkinių vandens balanso elementai, 7)atskirų vandens telkinių analizė ir jų praktinės reikšmės įvertinimas ,8)bendrosios išvados apie teritorijos vandens telkinius. Remiantis pagrindine hidrografine bei hidrologine medžiaga, sudaromi vandens ūkio atskirų sričių kadastrai: hidroenergetikos, vandens transporto, žemės ūkio melioracijos ir kt. Lietuvos kadastro dalys – 4:1)išanalizuoti ir aprašyti Lietuvos upių ir upelių vagų ilgiai bei baseinų plotai, 2)Nemuno upės nuotakis, 3)duomenys apie Lietuvos upių debitus, vagų nuolydžius ir jų ruožų hidroenergetinį galingumą, 4)Lietuvos upių nuotakio reguliavimo perspektyvos ir apibūdintos realios reguliavimo galimybės.5.1.1.Vandens ūkinis bei energetinis kadastrasKiekvieno krašto vandens ūkinis ir hidroenergetinis potencialai yra svarbūs, todėl jų racionalus panaudojimas yra reikšmingas bendram krašto ūkiui. Tačiau racionaliai panaudoti vandens išteklius galima tik žinant upių ir kitų vandens telkinių sistemų ir baseinų pagrindines charakteristikas. Daugelio krašto ūkio šakų plėtotė priklauso nuo teisingo ir racionalaus vandens išteklių panaudojimo, su kuriuo glaudžiai yra susijęs energetikos, pramonės, ypač chemijos bei popieriaus ir celiuliozės, žemės ūkio, vandens transportas, kelių tiesimas. Norint plėtoti krašto gerovę teisinga kryptimi iš anksto reikia turėti susistemintas žinias apie viso krašto ar rajono vandens išteklius, t.y. turėti vandens ūkio ir hidroenergetikos kadastrą. Kadastrų apimtys bei juose pateiktų duomenų pobūdis privalo atitikti jiems keliamus reikalavimus. Hidrologiniuose metraščiuose sukaupti duomenys yra svarbūs rengiant vandens kadastrą. 5.1.2. Vandens kadastro sudarymo principaiVandens kadastro sudarymą aprobuoja valstybių vandens ūkio įstatymai. Vandens kadastras apima vandens telkinių kiekybės ir kokybės rodiklių ir jų panaudojimo apskaitos duomenis, vandens vartotojų ir naudotojų registraciją bei vandens išteklių vertinimą. Kadastrų duomenys periodiškai atnaujinami. Valstybiniai vandens kadastrai sudaromi vandens panaudojimo kontrolės ir apsaugos tikslams. Valstybiniai vandens kadastrai paprastai susideda iš 3 skyrių: paviršinis vanduo, požeminis vanduo ir vandens panaudojimas. Kiekviename skyriuje pateikiami šie duomenys: vandens objektų bei naudotojų katalogai, kasmetiniai duomenys apie vandens kaitą, kokybę bei panaudojimą, daugiamečiai duomenys apie vandens kaitą, išteklius, kokybę bei panaudojimą. Pagrindinis vandens išteklių vertinimo tikslas – nustatyti, kaip reikėtų naudoti kiekvieną vandens telkinį bei jo tūrį, kad krašto ūkis gautų kuo didesnę ekonominę naudą. 5.2. Hidrologinės prognozės ir sąvokos5.2.1. Hidrologinių prognozių struktūra, jų klasifikavimasHidrologinės prognozės skirstomos į trumpalaikes – spėjama apie reiškinį, įvyksiantį vėliau kaip po 10 parų ir ilgalaikes. – šios prognozės apibūdina panašius reiškinius žymiai anksčiau. Ilgalaikės prognozės skirstomos: 1)preliminarios –pateikia tik orientacinius duomenis apie būsimus reiškinius;2)kokybinės – laukiamas hidrologinis reiškinys įvertinamas 3 balų sistema (apibūdinami aukšti vandens lygiai, labai dideli debitai); 3)kiekybinės – be įprastinio būsimo reiškinio apibūdinimo, nusako ir reiškinio įvykio datą bei jo elementų pobūdį. Visais atvejais hidrologinėms prognozėms keliami šie reikalavimai: jos turi būti pakankamai tikslios ir patikimos, jomis turi būti apibūdintas pakankamai ilgas išankstinis laikotarpis. Priklausomai nuo reiškiniui apibūdinti duomenų pobūdžio ir turinio prognozės skirstomos į 6 pogrupius: hidrometrinės(išvados pagrįstos vandens matavimo postų ir stočių duomenimis), hidrometeorologinės(hidrometriniais ir meteorologiniais duomenimis), grynai hidrologinės (tik hidrologinėmis charakteristikomis), sinoptinės(hidrometrinėmis ir klimatinėmis charakteristikomis), mišrios (kompleksiniais duomenimis) ir periodinės (periodiškai pasitaikančiais hidrometeorologiniais reiškiniais). Hidrometrinės prognozės yra pačios seniausios ir praktikoje taikomos dažniausiai. 5.2.2. Prognozių tarnybos ir uždaviniaiPrognozių tarnybos struktūras ir jų darbą nagrinėja prognostika – mokslas apie prognozavimo dėsnius ir metodus. Egzistuoja teorinė – tiria prognozavimo ypatumus, jo metodo kūrimo ir optimalaus tarpusavio derinimo principus- ir taikomoji – priklauso mokslinėms ir mokymo disciplinoms, kaip jų teorija –prognostika. Svarbiausi prognozių tarnybų uždaviniai yra pažinti prognozuojamus procesus, nustatyti jų plėtotę ir įvertinti inertiškumą. Būdingiausi prognozavimo metodai: ekstrapoliacija, modeliavimas ir ekspertų apklausa. Prognozavimo uždaviniai sprendžiami keliais etapais: 1)preliminariai nustatomi prognozavimo objekto tikslai, hipotezės ir metodai, 2)nustatomas prognozavimo fonas (surenkami duomenys apie šalutinius veiksnius), 3)sudaromas bazinis modelis, 4)sudaromas bazinio modelio tyrimų etapas, 5)įvertinamas gautų rezultatų patikimumas, 6)paruošiamos rekomendacijos.6. Aerokosminių metodų taikymas hidrosferos objektuoseBet kurios vandens kiekio pokyčio stadijos pagrindinis veiksnys yra vandens apytaka gamtoje, nes skirtingus vandens kiekio pokyčius lemia krituliai ir garavimas. Todėl labai svarbu stebėti pradinę jų būklę ir visą kaitos specifiką. Tai įmanoma atlikti distanciniais matavimais, taikant aerokosminius metodus ir įrangą. Tai yra pagrindas formuotis naujai hidrologijos krypčiai – globalinei hidrologijai, kurios tikslas – aerokosminiais metodais tirti ir aiškinti vandens išteklių formavimosi ypatybes dideliuose Žemė planetos regionuose, esančiuose skirtingose hidrometeorologinėse sąlygose. 6.1. Hidrometeorologinių reiškinių įvertinimas ir prognozavimasAerokosminiai metodai taikomi tiriant įvairius gamtinius procesus, vykstančius Žemės planetoje. Jų pranašumas yra tas, kad greitai gaunami patikimi duomenys ir skubi informacija. Naudojant palydovinę įrangą, įmanoma stebėti, registruoti ir įvertinti vandens kiekį pradinėje formavimosi stadijoje, t.y. vandens tūrį, ir sekti jo fizinę kaitą viso ciklo laikotarpiu. Gautą iš meteorologinių palydovų informaciją galima panaudoti trumpalaikėms prognozėms skelbti apie gresiančius potvynius ir sausras. Apibendrinus aerokosminių nuotraukų vaizdus pakankamai tiksliai ir detaliai galima ištirti bei apibūdinti hidrologinius objektus ir parametrus. 6.2. Aerokosminės informacijos panaudojimas hidrologiniams procesams prognozuotiAerokosminių stebėjimų metu galima sekti ledo reiškinių kaitą per visą jų būvimo laikotarpį. Potvynių ir poplūdžių laikotarpiais įmanoma stebėti visus tuo metu vykstančius reiškinius: upių slėnių užtvindymus, vandens tėkmių kryptis ir pan.
Hidrometrija1. Hidrometrijos istorinė apžvalgaTai mokslas, tiriantis metodus ir prietaisus vandens būsenai bei judėjimui nustatyti. Vandentiekių advetukai, vandens rezervuarai liudija, kad senovės hidrotechnikai mokėjo atlikti hidrometrinius stebėjimus ir sugebėjo naudotis stebėjimų duomenimis. Jau prieš 4000 metų egiptiečiai reguliariai stebėdavo Nilo upės vandens lygių svyravimus. Žinių apie hidrometriją randama Aristotelio raštuose (IV a.pr.m.e.). Seniausi hidrometriniai įrenginiai Europoje buvo specialios lentelės – matuoklės, pritvirtintos prie upių vagų krantinių, namų sienų ir pan. Lietuvoje upių tėkmės pradėtos tyrinėti norint jas plačiau panaudoti laivybai. Pirmieji vandens lygių svyravimų stebėjimai pradėti Nemuno žemupyje. 1811 m. įrengta vandens matavimo stotis Smalininkuose. 2. Hidrometriniai stebėjimaiHidrometrinių stebėjimų objektas – visi žemės planetos vandenys. Atliekami šie stebėjimai: vandens lygių, gylių, vagų dugnų pokyčių, vandens paviršiaus nuolydžių, tekėjimo greičių, drumstumo, ledo reiškinių matavimai, vandens bei nešmenų debitų skaičiavimas. Hidrometrinių stebėjimų elementai skirstomi: geometriniai – lėtai kintančios charakteristikos: upių baseinų plotai, baseinų paviršiaus reljefas, ežerų, tvenkinių krantai bei dubenys. Geometriniai elementai išmatuojami geodeziniais arba geologiniais prietaisais ir paruošiamos atitinkamos nuotraukos, planai ir schemos, kurios naudojamos praktikoje. Hidrauliniai – ilgainiui kintantys: vandens lygių gyliai, debitai, jų tūriai, drumstumai, ledo reiškiniai. Norint šiuos elementus tiksliai apibūdinti, reikalingi ilgesnio laikotarpio nuoseklūs sistemingi stebėjimų duomenys. Iš jų daromos išvados, paaiškinami elementų pokyčiai. Paprasčiausi hidrometriniai stebėjimai – vandens lygių, gylių, temperatūros ir ledo reiškinių – atliekami hidrometriniuose postuose ir vadinami tiesiog vandens būklės stebėjimai. 2.1. Hidrometrinės stotys ir postaiPagal stebėjimų pobūdį stotys skirstomos: meteorologinės, agrometeorologinės, serologinės, hidrologinės, hidrometrinės, jūrų meteorologinės ir specialiosios. Vieta, kurioje sistemingai matuojami upės vandens lygiai, gyliai, temperatūros, ledo reiškiniai, tekėjimo greičiai, apskaičiuojami vandens ir nešmenų debitai, vadinama hidrometrine stotimi. Vieta, kurioje atliekami nesudėtingi vandens lygių svyravimų stebėjimai, vadinami vandens matavimo postu. Krituliai, garavimas ir kt. meteorologiniai reiškiniai stebimi meteorologinėse stotyse. Stotys, kuriose atliekami kompleksiniai (hidrometriniai ir meteorologiniai) stebėjimai, vadinamos hidrologinėmis. Visos išvardintos stotys bei postai tam tikroje teritorijoje sudaro hidrometrinių stočių ir postų tinklą. Jis gali būti pagrindinis (sudaro nuolatinės stotys ir postai), laikinasis (laikinos stotys ir postai) ir specialusis. Pagal vykdymo stebėjimo apimtį ir dažnumą, skirstomos stotys į eiles ir kategorijas. Pirmos kategorijos hidrometriniuose postuose stebimas vandens lygių, temperatūros, ledo reiškinių stebėjimai, periodiškai matuojami vandens tekėjimo greičiai, apskaičiuojami vandens bei nešmenų debitai, atliekami meteorologiniai stebėjimai. Antros kategorijos postuose atliekami stebėjimai pagal pirmos kategorijos postui skirtą programą, tik čia periodiškai nematuojami tekėjimo greičiai ir nenustatinėjami vandens bei nešmenų debitai. Trečios kategorijos postuose stebimi tik vandens lygiai, temperatūros bei ledo reiškiniai. 2.2. Hidrometrinių stočių bei postų išsidėstymas , nulinė altitudėNorint įrengti bet kokio tipo, eilės ar kategorijos hidrometrinę stotį ar postą, pirmiausia reikia žinoti upės, upelio lygių svyravimų amplitudę, nes stoties ar posto įrenginiai turi tikti bet kokiam vandens lygiui stebėti. Vandens lygių pokyčiai priklauso nuo upės ar upelio debitų dydžio, augmenijos ir ledų sangrūdų. Rengiant h. Stotis ar postus į šiuos veiksnius reikia atsižvelgti. Hidrometrinės stotys ar postai paprastai įrengiami tose vietose, kurių hidrometriniai duomenys svarbūs; pvz., uostuose, laivų prieplaukose, prie užtvankų, ežeruose. Didesnių vandens objektų nuotakio kaitos analizei reikia įrengti keletą ar net keliolika stočių ar postų. Labai svarbu, kad ties h. Stotimi ir postu vanduo potvynių bei poplūdžių metu neišsilietų iš vagos krantų, o vagos dugnas būtų pastovus. Nulinė altitudė (pastovus taškas): hidrometrinėse stotyse ar postuose vandens lygiai atskaitomi nuo nulinės altitudės aukštyn ar žemyn. Tas pastovus taškas, nuo kurio atskaitomi vandens lygiai, vadinamas h. Stoties ar posto nuline altitude (H0).
2.3 Hidrometrinių stočių bei postų tipai bei įrenginiai, hidrometrinis profilisPagal konstrukciją ir matavimo pobūdį hidrometrinės stotys skirstomos į 4 tipus: 1. Paprastosios – įrenginiai nesudėtingi. Matuoklinės – prie pastovių objektų (tiltų, atramų) pastoviai pritvirtinamos matuoklės; polinės – upių, upelių ir griovių šlaistuose įkalami pastovūs poliai;., tiltinės – upės, upelio viršuje parenkama nulinė altitudė; ir mšrios – kartu įrengtos pastovios matuoklės ir poliai. 2. Tarpinės – įrengiamos tais atvejais, kai sunku prieiti prie upių ar upelių vagų. Svarbiausias tokios stoties elementas – medinė ar metalinė estakada, vienu galu pritvirtinta krante. 3. Automatinės – vandens lygių svyravimai nenutrūkstamai registruojami automatiškai specialių prietaisų pagalba. Iš automatinių stočių populiariausios yra limnigrafinės stotys. 4. Distancinės – automatiškai registruojami vandens lygių svyravimai ir duomenys perduodami tam tikru atstumu. Duomenų perdavimai gali būti vienkartiniai, cikliniai ir nuolatiniai.Hidrometrinis profilis – tai upės ar upelio vagos vertikalus pjūvis konkrečiai parinktoje vietoje, kurioje atliekami visi hidrometriniai stebėjimai. Svarbu, kad hidrometrinio profilio vietoje upės vaga būtų pastovaus skerspločio. 2.4. Hidrometrinių stebėjimų vykdymas ir duomenų tvarkymasHidrometrinių stebėjimų pagrindinis tikslas – vandens lygių transformavimas į debitus, t.y. priklausomybės tarp debitų ir vandens lygių nustatymas bei debitų kreivės Q = f(h) grafinis pavaizdavimas. Kadangi debitų kreivės pobūdžiui apibūdinti reikalingi ilgos trukmės stebėjimų duomenys, tai hidrometriniai stebėjimai bei duomenys turi būti sistemingi ir nuoseklūs. Kiekvienoje stotyje ar poste atliekami pagrindiniai stebėjimai: vandens lygių, gylių, oro ir vandens temperatūros, upės būklė. Vandens lygiai žymimi specialiuose žurnaluose centimetrais. Pagal per parą atliekamų stebėjimų skaičių, hidrometriniai postai skirstomi į 3 eiles. Pirmos eilės postuose stebėjimai atliekami 3 kartus per parą, o potvynių ar poplūdžiu metu ir dažniau, antros eilės – 2 k., trečios eilės –1 kartą per parą. 2.5. Hidrometriniai ir hidrologiniai metraščiaiHidrometrinėse ir hidrologinėse stotyse ar postuose surinkta stebėjimų medžiaga susisteminama, ir periodiškai išleidžiami hidrometriniai ir hidrologiniai metraščiai. Metraščių turinį sudaro sistemingi kiekvienos upės, kurioje atliekami hidrometriniai stebėjimai, kiekvienos paros vandens lygių metinės santraukos lentelės, kuriose pažymėti kiekvieno mėnesio max, min ir vidutinis vandens lygiai. Pirmasis metraštis, lietuvių ir prancūzų kalba buvo parengtas 1925 m Kolupailos.Taip pat pateikiami kiekvienos hidrometrinės stoties ar posto vietovės, įrenginių aprašymai, vandens temperatūra, sniego dangos aukštis ir ledo storis, vandens debitas, vandens mineralinė būklė ir t.t.3. Vandens gylių matavimai3.1. Vandens gylių matavimų tikslasVandens gyliai matuojami įvairiais tikslais: upės, ežero ar tvenkinio dugno reljefui nustatyti, atliekant hidrometrinius stebėjimus ,mokslo tyrimo darbus, nustatant vandens tėkmės vagos skersplotį hidrometriniame profilyje, stebint įvairaus gylio vandens temperatūrą. Vandens gylio matavimo būdai ir tikslumas priklauso nuo to, kokiu tikslu jis matuojamas. Kuo mažesnis gylis, tuo tikslesni turi būti duomenys. Matuoti vandens gylį srauniose upėse sudėtingiau, nes ties valtimi susidaro patvanka. Tokiais atvejais turi būti daromos tam tikros pataisos. Matuojant didelius vandens tėkmių gylius sunku pastebėti tą momentą, kada gylio matuoklis pasiekia dugną. Todėl vandens gyliui matuoti reikia įvairių tipų prietaisai.3.2. Vandens gylių matavimo būdaiMatuojant vandens gylius kiekviename matavimo taške reikia nustatyti šiuos rodiklis: 1)upės, upelio, ežero vandens gylį, 2)geografinę matavimo taško padėtį (koordinates), 3)vandens lygio aukštį (altitudę). Priklausomai nuo vandens gylio matavimo tikslo, norimo tikslumo ir nuo vietinių sąlygų matuojama: 1)pagal skersinius profilius – kai vandens greičiai nedideli, tada patogu matuoti, 2)pagal išilginius profilius – gylį matuoti patogiau, kai tekėjimo greitis ir gylis dideli, 3)pagal kvadratų tinklą – gylis matuojamas plačiose upėse, ežeruose, esant dideliam ir nepastoviam tekėjimo greičiui bei sudėtingam reljefui, 4) mišriai – šis būdas taikomas dideliuose vandens telkiniuose, esant sudėtingoms tekėjimo sąlygoms bei dugno ir krantų reljefui.3.3. Prietaisai vandens gyliams matuotiPrietaisai vandens gyliams matuoti pasirenkami priklausomai nuo matavimo tikslumo ir matuojamo vandens telkinio gylio. Pagal konstrukciją ir veikimo principus jie skirstomi į 3 pagrindines grupes: 1) rankiniai – priklauso paprasta hidrometrinė kartis, plaukiojanti hidrometrinė kartis ir rankinis svambalas.2) Mechaniniai – dar skirstomi į 2 grupes: prietaisai mažiems gyliams matuoti (navigaciniai matuokliai ir mechaniniai svambalai) ir prietaisai dideliems gyliams matuoti. (įvairūs mechaniniai gylio matuokliai).3) akustiniai – priklauso įvairūs garsiniai svambalai. Šiuo metu vandens gyliams matuoti naudojami įvairūs automatiniai prietaisai – įvairių tipų savirašiai – profilografai, akustiniai profilografai ir garsiniai svambalai.3.4. Gylių matavimo duomenų tvarkymas, ryšiai tarp vandens gylių (lygių) ir tėkmės skerspločiųIšmatavus daugelį vandens gylio taškų ir pažymėjus juos žurnale, pagal gautus rezultatus braižomi vandens objektų skersiniai ir išilginiai profiliai bei dugno reljefo planas. Sujungus vienodo dydžio taškus išvedžiojamos vienodo gylio linijos – izobatos.Skersiniame profilyje pažymimi sąlyginis ir faktinis vandens lygiai, taip pat vagos krantų aukščiai ir reperiai. Sudarant vandens dugno reljefo planą, izobatų laiptai pasirenkami priklausomai nuo vandens gylio ir mastelio.Vandens lygiai, tėkmės greičiai ir skerspločiai yra kintantys vagos morfometriniai elementai. Todėl ryšys tarp jų elementų išreiškiamas kreivėmis, kurių pobūdis turi būti pagrįstas faktiškai išmatuotais ir apskaičiuotais duomenimis. Vandens lygio h ir tėkmės skerspločio w ryšio kreivės, paprastai braižomos hidrometrinių profilių vietose pagal faktiškai išmatuotą vandens lygį h ir apskaičiuotus tėkmės užpildytus skerspločius. Kreivės w = f(h) ir v = f(h) yra laikomos pagalbinėmis, tačiau jos braižomos tame pačiame lape greta pagrindinės debitų kreivės Q = f(h).4. Vandens tekėjimo greičių matavimai4.1. Vandens tekėjimo greičių matavimo tikslasVandens tekėjimo greičius reikia žinoti projektuojant brastas, tiltus, pralaidas, užtvankas ir t.t., apskaičiuojant vandens ir nešmenų debitus, vagų šiurkštumus ir pan. Upėse, ežeruose, tvenkiniuose vyksta turbulentinis tekėjimo režimas, kuris charakterizuojamas pagrindine ypatybe: vandens masės greitis kiekviename taške yra kintamas (pulsuojantis) tiek pagal dydį, tirk pagal kryptį. Egzistuojant tėkmės greičio pulsacijai skiriasi vietiniai ir momentiniai greičiai. Momentinis greitis – tai greitis tam tikrame tėkmės taške nagrinėjamu momentu. Jis kinta pagal laiką, dydį ir kryptį. Vietiniai greičiai – tai tam tikro laikotarpio vidutiniai greičiai. Laikotarpio trukmė priklauso nuo tėkmės turbulentiškumo; kuo didesnis turbulentiškumas, tuo ilgesnė trukmė. Matuojant tekėjimo greičius labai svarbu, kad kiekvieno matavimo trukmė būtų ne mažesnė už vietinių greičių trukmę. Priešingu atveju greičiai nebus tiksliai įvertinti. 4.2. Tekėjimo greičių pasiskirstymas tėkmėjeesant turbulentiniam tekėjimo režimui, vandens tekėjimo greitis įvairiuose vagos taškuose būna nevienodas, tai yra vandens tekėjimo greičiai kinta tiek vagos plotyje, tiek ir gylio atžvilgiu. Egzistuoja priklausomybės: v = f(B) ir v = f(H). Šias priklausomybes pavaizdavus grafiškai ir vagos skersplotyje išvedus vienodo tekėjimo greičio linijas, arba izotachas, gaunamos tėkmės greičių pasiskirstymo vagose epiūros. Su vandens tekėjimo greičiais glaudžiai siejasi ir debitai. Debitas – tai vandens kiekis, nutekantis tėkmės skerspločiu per 1 sekundę.Išmatavus kiekvienos vertikalės skirtinguose gyliuose vandens tekėjimo greičius ir keliuose gyliuose pasirinktais masteliais pavaizdavus juos grafiškai, gaunami greičių grafikai arba hodografai. Vandens tekėjimo greičiai matuojami nuosekliai skirtinguose vertikalių taškuose. 4.3. Prietaisai vandens tekėjimo greičiams matuotiPraktikoje naudojami įvairūs prietaisai vandens tekėjimo greičiams matuoti, kurių veikimas priklausomai nuo konstrukcijos pagrįstas skirtingais fiziniais principais. Hidrometrinėje praktikoje naudojami prietaisai skirstomi : plūdės – daiktai, plaukiojantys vandenyje, paviršiuje ar tam tikrame gylyje. Jos skirstomos į paviršines, gilumines ir integracines. 1. Hidrometrinė kartis. 2. Hidrometrinis fliugeris. 3.Radioakustinius bei elektroninius indikatorius . 4. hidrodinaminiai vamzdeliai – lenktas vamzdelis – pitometras. Išmatavus pitometre pakilusio vandens stulpelio aukštį, galima paskaičiuoti tekėjimo greitį: v = k . 5. Batometrai – tachimetrai – žinant debitą, pagal prietaiso taravimo kreivę nustatomas tekėjimo greitis. 6.Termohidrometrai – veikimas pagrįstas šilumos kaita tarp tėkmės ir tėkmėje panardintos platinos plokštelės. Šildomos plokštelės aušimas proporcingas vandens tekėjimo greičiui. 7. Hidrometriniai suktukai – veikimo principas pagrįstas tekėjimo greičio priklausomybe tarp rotoriaus apsisukimų skaičiaus. 4.4. Hidrometrinių prietaisų taravimas ir tekėjimo greičių duomenų tvarkymasHidrometriniai prietaisai: hidrodinaminiai vamzdeliai, batometrai, hidrometriniai suktukai ir kt., parodantys santykines vandens tekėjimo greičio reikšmes, prieš juos naudojant turi būti taruojami, t.y. turi būti nustatyti ryšiai tarp prietaisų atskaitų ir matuojamos tėkmės greičio. Prietaisų taravimas atliekamas 2 būdais: 1) taruojamas prietaisas laikomas žinomo tekėjimo greičio tėkmėje, 2) taruojamas prietaisas vežiojamas įvairiu greičiu stovinčiame vandenyje. Taravimo metu gaunami 3 kintami dydžiai: laikas t, judėjimo atstumas S ir prietaiso atskaitos, pvz, hidrometrinio suktuko sparnelių apsisukimų skaičius N. Žinant judėjimo atstumą S laiką t ir sparnelių apsisukimų skaičių N, apskaičiuojamas greitis v = S/t ir sparnelių apsisukimų skaičius per sekundę n = N/t. ryšys tarp šių dviejų kintamų dydžių pavaizduojamas grafiškai ir gaunama taravimo kreivė.Pagal žurnale galutinai apskaičiuotus duomenis, braižomi kiekvienos vertikalės greičių grafikai(hodografai). Kartu matuotame vagos skersplotyje, interpoliuojant tekėjimo greičius, išvedžiojamos vienodų tekėjimo greičių linijos (izotachos). Taip gaunamas vandens tekėjimo greičių pasiskirstymas vagoje vaizdas (epiūra). Tada skaičiuojamas vandens debitas.5. Vandens debitai5.1. Debitas ir jo modelisDebitas – vandens kiekis, pratekantis kokiu nors tėkmės skerspločiu per laiko vienetą. Laiko vienetas yra sekundė, o tūrio – litras arba kubinis metras. Debitas gali būti vaizduojamas debito modeliu. Kadangi vandens tekėjimo greitis kinta vagos skersplotyje tiek pagal gylį, tiek ir pagal plotį, t.y. egzistuoja priklausomybė v = f(h) ir v = f(b). todėl pagal tekėjimo greičius sekundinę vandens tėkmę pavaizdavus grafiškai, gaunama kreivalinijinio paviršiaus figūra, vadinama debito modeliu. Jo tūris lygus debitui.5.2. Vandens debitų skaičiavimo metodaiVandens debitai yra pagrindiniai upės tėkmės elementai. Tai svarbiausios charakteristikos, nuo kurių priklauso kiti parametrai: vandens lygiai, tekėjimo greičiai ir kt. Iš daugelio vandens debitų duomenų apskaičiuojami vidutiniai paros, maksimalūs bei min debitai ir norimo laikotarpio nuotakis. Vandens debitai apskaičiuojami tiesioginiais (debitas nustatomas tūriniu būdu)ir netiesioginiais (pagal tekėjimo greičių duomenis, be tekėjimo greičių duomenų, maišymo būdais) metodais.
5.2.1. Analitiniai būdaiTaikant pirmąjį trapecijų būdą, upės vagos skersplotis padalijamas vertikalėmis į sekcijas – trapecijas ir pagal jas apskaičiuojamas vandens debitas . Pirmiausia apskaičiuojamas kiekvienos sekcijos – trapecijos plotas (trikampių ir trapecijų), po to tėkmės greičiai sekcijose. Debitas lygus visų sekcijų elementarių debitų sumai. 1=1/2 H1* b1; 2 = ½ (H1 +H2 ) b25.2.2. Grafoanalitiniai metodaiŠie metodai pagrįsti debito modelio analize. Dažniausiai taikomi šie grafoanalitiniai vandens debitų skaičiavimo metodai: 1)izotachų metodas(Kulmano) – braižant tachigrafinę kreivę. Apskaičiuotų debitų tikslumas priklauso nuo išvedžiotų izotachų tankumo ir tikslumo. 2)elementarių debitų metodas(Harlacherio) sudarant elementarių debitų grafiką.3) Žukovskio metodas – braižant redukuotų vandens tekėjimo greičių grafiką. 5.2.3. Apytikslis būdasApytikslis vandens debitų skaičiavimo būdas taikomas tada, kai įprastiniais vandens debitų skaičiavimo metodais to atlikti neįmanoma. Tada vandens greičiai nustatomi paviršinėmis vandens plūdėmis. 1)pagal gylio matavimo duom apsk tėkmės vagoje skersplot. 2)koordinačių sist, abscisių aš pažymėjus atstumus tarp viršutinio ir žemut profilio, o ordinač ašyje plūdžių plaukimo trukmes. Braižoma epiūra. 3)pagal kreivę nustat plūdės judėjimo trukmė ir apsk jos judėjimo vp =l/t.5.2.4. Vandens debito nustatymas, neturint tekėjimo greičio duomenų, Vandens debitas, neturint tekėjimo greičio duomenų, nustatomas 3 būdais:1)tūriniu – šis būdas tiksliausias. Tekančio vandens tūris W renkamas į žinomos talpos indą, kartu registruojant laiką. Tada debitas Q = W/t. Išmatuojami tik maži vandens debitai.2)skaičiuojant pagal hidraulikos formules. Pvz, pro žinomo skerspločio angą, esančią indo šone, ištekančio vandens debitas Q = , – debito koeficientas, – angos skersplotis, h – vandens stulpo inde aukštis nuo paviršiaus iki angos svorio centro.3) maišymo būdu _ čia nereikalingi duomenys apie tekėjimo greičius ir tėkmės skersplotį. Į vandens tėkmę įmaišoma kokio nors žinomo koncentracijos tirpalo ir nustatoma pakitusi koncentracija. Kiek kartų praskiedžiama įmaišyta medžiaga, tiek kartų tėkmės debitas yra didesnis už įmaišyto tirpalo debitą. 5.3. Debitų kreivės ir jų sudarymo tikslasVandens debitas yra svarbiausias upės rodiklis, pagal kurį galima įvertinti jos vandeningumą. Jei kinta vandens debitas, tai kinta ir vandens lygis, tekėjimo greitis ir kiti hidrauliniai rodikliai. Vandens debitas beveik nuolatos svyruoja priklausomai nuo vandens prietakos ir ištakos sąlygų. Pagrindinis hidrometrinių stebėjimų tikslas – ryšių tarp vandens lygių ir debitų nustatymas. Ryšiai tarp vandens lygių ir debitų išreiškiami grafiškai debitų kreivėmis, kurios naudojamos vidutiniams ir būdingiems paros debitams nustatyti bei nuotakiui skaičiuoti. Hidrometrinėje praktikoje priklausomybė tarp debitų ir vandens lygių išreiškiama kreive: Q=f(h), nors faktiškai nepriklausomu kintamu yra debitas, o lygis – funkcija. Taip daroma todėl, kad vandens lygis matuojamas kasdien tam tikru laiku, o debitas – rečiau, nes jis kinta priklausomai nuo metų laiko, kada būna skirtinga nuotakio kaita. Dažniau debitai apskaičiuojami pavasario potvynių ir vasaros – rudens poplūdžių laikotarpiais. 5.3.1. Debitų kreivės sudarymas laisvai vagaiLaisvos vagos debitų kreivės sudaromos pagal tiesioginių matavimų išanalizuotus duomenis. Pasirinkus atitinkamą formatą, abscisių ašyje atidedami debitai, o ordinačių ašyje atitinkami vandens lygiai. Visi koordinačių sistemoje pažymėti taškai suskirstomi intervalais į grupes. Nustatomi kiekvienos taškų grupės svorio centrai. Visų grupių svorio centrai sujungiami kreive (debitų kreive) Q=f(h),5.3.2. Debitų kreivės sudarymas užaugusiai ir ledu padengtai vagaiEsant tam pačiam vandens lygiui užaugusioje ir padengtoje ledu vagoje vandens debitas būna mažesnis negu laisvoje vagoje. Debitas sumažėja todėl, kad dėl augmenijos ir ledo padidėja vagos šiurkštumas, sumažėja tėkmės skersplotis.Sudarant užaugusių augmenija ar padengtų ledu vagų debitų kreives dažniausiai taikomas vadinamasis koeficientų metodas. Pirmiausiai apskaičiuojamos užaugimo -Kuž ir žiemos -Kž koeficientų reikšmės. Tada debitai: Quž=Kuž ir Qž=Kž , – debitas laisvoje vagoje.5.3.3. Debitų kreivių pataisosHidrometrinėje praktikoje ypač dažnai tenka sudaryti debitų kreives, esant įvairioms vagų deformacijoms, joms užaugus augalais, tekant vandeniui po ledu. Tokiais atvejais reikia papildomai matuoti ir daryti pataisas. Yra taikomi keli vagų deformacijų įvertinimo metodai: 1)kelių laikinų pokyčių debitų kreivių – metodas taikomas, kai periodiškai keičiasi vagos forma. Tada sudaromos kelios debitų kreivės2)pagrindinio skerspločio debitų kreivių – kai vagos deformacijos būna tik vertikalios, nekintant vandens paviršiaus nuolydžiui. 3)Stuoto – kai vagos deformacijos vyksta nuolat, esant dažniems potvyniams. 4)interpoliacijos – kai vaga nuolat deformuojama ir yra pakankamai vandens debitų matavimo duomenų, apibūdinančių pataisų kreivės pobūdį.5.3.4. Debitų kreivių interpoliacija ir ekstrapoliacijaDebitų kreivių interpoliacija (tarpinių reikšmių radimas) ir ekstrapoliacija (pratęsimas aukštyn) pagrįstos hipoteze, kad taisyklinga kreivių forma būna tol, kol veikia tos pačios priežastys. Todėl sudarant debitų kreives esant nepakankamam taškų skaičiui, remiamasi šia hipoteze. Labai dažnai praktikoje trūksta duomenų viršutinei kreivės daliai nubraižyti. Todėl ją tenka ekstrapoliuoti. Yra tokie būdai: 1)pagal pagrindinės kreivės liestinę – debitų kreivės pobūdis natūrinių stebėjimų duomenimis apibūdintas 80-90 %.2)pagal kreives w = f1(h) ir v = f2(h). – kreivė w = f1(h) sudaroma pagal natūrinius ir aukščiausius vandens lygių duomenis, o kreivė v = f2(h) pratęsiama iš akies. Padauginus w ir v gaunamos Q reikšmės, pagal kurias ir atliekama debitų kreivės ekstrapoliacija.3)pagal Šezi formulę – taikomas gilioms upėms, kai H 3-4 metrai. Vagų elementai ir vandens paviršiaus nuolydžiai nustatomi pagal natūrinius matavimus. Šezi koeficientų reikšmės apskaičiuojamos C = . Kai yra apskaičiuoti debitai, sudaroma kreivė C =f(h), kuri ekstrapoliuojama iki aukščiausio vandens lygio ribos.4)Stivenso būdas – taikomas didelėms upėms, turinčioms vidutinius gylius 3-4 m ir tolyginį tėkmės greitį. Q = f 6. Nešmenų debitas6.1. Nešmenų kilmė ir klasifikacijaUpių tėkmėse visada būna vienoks ar kitoks kietų dalelių ir ištirpusių medžiagų kiekis, nes vanduo, tekėdamas vagomis, plauna krantus ir dugną. Kietos dalelės, transportuojamos vandeniu, vadinamos nešmenimis. Kietų dalelių kiekis, pratekėjęs tėkme užpildytu vagos skerspločiu per sekundę, vadinamas nešmenų debitu. Kietų dalelių kiekis, pratekėjęs per ilgesnį laiką (parą, savaitę), vadinamas nešmenų nuotakiu. Nešmenys susidaro iš mineralinių įvairaus stambumo grunto ir organinės kilmės medžiagų dalelių. Gamtoje vyksta 3 nešmenų raidos stadijos: grunto dalelių išplovimas, išplautų dalelių pernešimas ir išplautų dalelių kaupimasis arba akumuliacija. Nešmenų nuotakis priklauso nuo mechaninės ir cheminės erozijos procesų. Vandens tėkmėje esantys nešmenys skirstomi į kybančius (išsisklaidę visoje vandens tėkmėje) ir dugninius (stambiosios dalelės, greitai nusėdančios į dugną. 6.2. Prietaisai nešmenims matuotiNešmenims nustatyti naudojami daugelis prietaisų, kurie vadinami batometrais. Jie skirstomi į 2 grupes: momentinio prisipildymo – patogūs naudoti įvairiomis sąlygomis. Jais iš bet kokio gylio galima paimti tiek kybančių, tiek ir dugninių nešmenų bei vandens pavyzdžius- ir lėto prisipildymo – matuojamas vidutinis nešmenų kiekis per ilgesnį laikotarpį. Praktikoje naudojami tokių tipų batometrai: batometras – butelis, vakuuminis batometras ir kt. 6.3. Nešmenų debitų skaičiavimo būdaiKybančių nešmenų debitai skaičiuojami pagal vandens drumstumo duomenis. Skaičiuojami 2 būdais: grafiniu – kai drumstumas matuojamas detaliai ir analitiniu – kai drumstumas matuojamas suminiu arba integraciniu būdu. =Pn /V6.4. Vandenyje ištirpusių medžiagų debitų skaičiavimasVandens cheminė sudėtis ir bendra jo mineralizacija priklauso nuo 1) vandens tėkmės ištakų būklės ir metinio nuotakio rėžimo, 2) dirvožemių būklės, 3) nuo litologinės uolienos gruntų sudėties, kuriais prateka požeminiai vandenys, 4) nuo gyvų organizmų veiklos. Papildomo veiksniai, turintys įtakos vandens cheminei sudėčiai, yra vietovės klimatas ir augmenija. 6.4.1. vandens pavyzdžio paėmimasCheminei vandens analizei pavyzdžiai paimami iš paviršinio sluoksnio ir iš gilesnių telkinio sluoksnių. Upėse, kurių tėkmės turbulentiškos, vandens cheminė sudėtis būna vienoda. Ežeruose, tvenkiniuose būna kitai, todėl vandens pavyzdžiai imami iš jų paviršiaus ir iš skirtingo gylio. Pavyzdžius reikia paimti aukščiau ir žemiau jo temperatūros pokyčio ribos. Vandens pavyzdžiai iš paviršinio sluoksnio paimami švariu indu, o iš gilesnių sluoksnių – gelminiais batometrais. 6.4.2. Prietaisai mineralizuoto vandens pavyzdžiams paimtiMineralizuoto vandens pavyzdžių paėmimui iš gilesnių sluoksnių naudojami įvairių konstrukcijų batometrai. Kiekviename jų būna įtaisyti specialūs termometrai vandens temperatūrai matuoti. 6.4.3. Mineralizuoto vandens debito skaičiavimasMineralizuoto vandens debito nustatymas pagrįstas vandens mineralizacija. Nustačius ją, mineralizuoto vandens debitas: Sm= , Sm – ištirpusių vandenyje mineralų debitas kg/s, – vandens mineralizacija g/m3, Q – vandens debitas pavyzdžio paėmimo momentu m3/s.7. Vandens fizinės savybės7.1. TermikaKiekviename vandens telkinyje vandens terminis vaizdas yra skirtingas. Upėse vanduo dažniausiai srauniai tekėdamas susimaišo, todėl jo temperatūra visada būna tokia pat upių vandenyse vyrauja homotermija (vienoda temperatūra). Ežeruose ir tvenkiniuose skirtingais metų laikais tarp viršutinių ir apatinių vandens sluoksnių temperatūra dažnai būna skirtinga. Tad terminis vaizdas yra gana sudėtingas. Temperatūros stebėjimai atliekami hidrometrinėse stotyse bei postuose. Mūsų krašto plotas nėra didelis, todėl ir klimatinių sąlygų skirtumas yra nežymus. Dėl to visoje Lietuvos teritorijoje vandens telkinių termika būna beveik vienoda. 7.2. Vandens tankisVandens tankiu vadinama vandens skysčio tūrio vieneto masė kg/m3: , m – vandens masė, V – tūris. Vandens ir kitų skysčių tūris priklauso nuo temperatūros ir slėgio. Temperatūrai kylant, tankis mažėja, o kylant slėgiui – didėja. 7.3. Vandens skaidrumasvandens skaidrumas nustatomas pagal panardintą į vandenį Seki diską, kurį sudaro 300 mm skersmens metalinis diskas su šerdimi, per kurią pervertas graduotas lynas su svoriu. Diskas nudažytas ryškia balta spalva. Diskas leidžiamas į vandenį kol matosi. Nustatomas panardinimo gylis pagal sugraduotą lyną. Po to dar 1-2 m leidžiamas gilyn, kol nebematyti. Tada pamažu keliamas aukštyn, kol jo kontūrai išryškėja. Tada užfiksuojamas gylis, kai diskas išnyksta ir vėl pasirodo, ir pagal tai apibūdinamas vandens skaidrumas.7.4. Vandens spalvaVandens spalva kaip ir skaidrumas nustatomas tam tikrose vietose. Ji nustatoma pagal standartinę vandens spalvų skalę, sudarytą iš 21 atspalvio numerių. 7.5. Ledo reiškiniaiLedas – kietos būsenos vanduo. Sausumoje susidaręs ledas skirstomas į kalnų ir žemynų ledą (ledynas, požeminis ledas, šerkšnas, lijundra). Vandenyje susidaręs ledas skirstomas į jūrų, upių ir kitų vandens telkinių paviršius dengiantį ledą. Atmosferos ledą sudaro kietos būsenos krituliai (snaigės, sniegas, kruša). Ledo susidarymo procesą vandens telkiniuose lemia vietovės klimatas, metų laikas ir vandens apykaita. Stovinčio gėlo vandens ledo danga pradeda formuotis, kai vandens paviršiaus temperatūra nukrenta 00 C. Sūraus vandens užšalimo temperatūra priklauso nuo druskų koncentracijos. Tekantis vanduo užšąla ledui kristalizuojantis ant šalto oro burbuliukų.8. Specialioji hidrometrija8.1. Specialiosios hidrometrijos uždaviniaiSpecialioji hidrometrija nagrinėja vandens tėkmių rėžimus hidroelektrinėse, akumuliacinėse HE, hidromelioracinėse sistemose, ežeruose ir kitur, norint nustatyti vandens kaitos pobūdį ir jo pasiskirstymą naudotojams. 8.2. Specialūs hidrometriniai stebėjimaiSpecialūs hidrometriniai stebėjimai atliekami pagal tikslines užduotis.Tokie stebėjimai, kaip bangavimo, ledo reiškinių, vandens temperatūros, srovių krypčių, atliekami, norint nustatyti nuotakio kaitos ypatybes, prieš pagilinant upės vagas laivybos tikslams, prieš projektuojant tiltus ir pan. Atliekami tiriant vandens tekėjimo savybes upėse, ežeruose ir tvenkiniuose. Priklausomai nuo vietinių sąlygų ir pasirinkto tikslo specialūs hidrometriniai stebėjimai atliekami tam tikruose taškuose ir vertikalėse, viename ar daugelyje profilių. 8.3. Aerometodai hidrometrijojeAerometodai yra tokie metodai, kai žemės paviršius ir vandens objektai stebimi iš lėktuvų, dirbtinių Žemės palydovų. Aerometodus sudaro aerovizualiniai stebėjimai, aeronuotraukų darymas, jų iššifravimas, nuotraukų analizė. Iš aeronuotraukų galima nustatyti slėnius, daubas, upių vagas, ežerus, pelkes, ledynus. Remiantis aeronuotraukų analize galima daryti išvadas apie vaginių procesų eigą, takoskyras. Aerometodai yra pranašesni už įprastus metodus tuo, kad darbus galima atlikti greitai ir sunkiai prieinamuose rajonuose. 8.4. Hidrometrinių duomenų apdorojimas kompiuteriuKompiuteriai plačiausiai taikomi automatizuojant skaičiavimus dažnai atliekant standartinius veiksmus, nes jie daugelį kartų sutrumpina skaičiavimų trukmę. Naudojant kompiuterius galima įdiegti tikslius metodus, hidrologinių procesų, vandens resursų, vandens naudotojų, potvynių elementų, nešmenų kiekio ir kitų hidrologinių charakteristikų skaičiavimų metu, taip pat išanalizuoti hidrometrinius duomenis ir hidrologinius reiškinius, naudojant matematinės statistikos lygtis. Baseinas, upė ir vandens telkiniai1. Upių baseinai ir takoskyros1.1. Upės baseino sąvokaTeritorija, iš kurios į pagrindinę upę suteka paviršiniai ir požeminiai vandenys, vadinama upės baseinu. Kiekvienos upės baseinas apima paviršinius ir požeminius vandens surinkimo plotus, kurių ribos kartais gali ir nesutapti. Baseinų plotai žymimi raide A (km2). Kiekvienos upės baseinas ribojamas takoskyros. Takoskyra –tai linija, skirianti du gretimus baseinus vieną nuo kito. Ji paprastai eina aukščiausiomis reljefo viršūnėmis. Kiekvienas baseinas apibūdinamas duomenų kompleksu, kuriuos sudaro morfometrinės ir fizinės – geografinės charakteristikos. 1.2. Upių baseinų charakteristikos1.2.1. MorfometrinėsUpių baseinų morfometrinės charakteristikos nustatomos iš topografinių žemėlapių ir planų. Pagrindinės charakteristikos: 1)plotas – F (km2)2)ilgis – L (km) – tai linija, jungianti labiausiai nutolusius taškus3)didžiausias plotis – B (km) – tai atstumas tarp dviejų kraštutinių taškų plačiausioje baseino vietoje.4)vidutinis baseino plotis – Bvid (km) – randamas jo plotą padalinus iš ilgio. 5)baseino asimetriškumas6)konfigūracija (forma) – upės baseinas, apribotas takoskyromis, užima tam tikros formos plotą7)baseino ploto didėjimas – tai būdingas laipsniškas ploto prieaugis nuo ištakų iki žiočių1.2.2. Fizinės – geografinėsFizinės – geografinės ( kraštovaizdinės) baseino charakteristikos : 1)baseino geografinė padėtis- nusakoma geografinėmis koordinatėmis, tarp kurių yra baseinas.2)klimatinės sąlygos – svarbiausi veiksniai, apibūdinantys upės nuotakio rėžimą. Tai krituliai, jų kiekis, iškritimo pobūdis, oro temperatūra, drėgmės deficitas.3)geologinė sandara ir dirvožemiai – jie turi didelės įtakos nuotakio dydžiui ir jo pasiskirstymui.4)reljefas – apibūdina bendrą upės baseino paviršiaus ir visos vagos sistemos nuolydžius. Turi įtakos vandens tekėjimui baseino paviršiumi ir kritulių pasiskirstymui. 5)augalija – vienokia ar kitokia augalija apaugę baseino plotai išreiškiami santykiniais dydžiais arba procentais. 6)ežeringumas, miškingumas, pelkėtumas – apibūdinami koeficientais7)ledynai ir amžinasis įšalas – turi įtakos upių nuotakio susiformavimui. 1.2.3. Lietuvos upių baseinų charakteristikosVisos didesnės upės, kurios teka Lietuvos teritorijoje, skirstomos į 5 baseinus: 1)Nemuno – tai pagrindinis baseinas, užima apie du trečdalius Lietuvos teritorijos. Baseinas ištysęs pietryčių kryptimi. Ilgis 460 km. 2)Mūšos – Nemunėlio užima 13,5 % Respublikos ploto. 3)Ventos – šios upės baseinas labai įsiterpęs į Nemuno baseiną. Užima apie 8 % Lietuvos teritorijos ploto. 4)Baltijos jūros pakraščio tiesiog į Baltijos jūrą įtekančių upių baseinams priklauso Bartuvos, Šventosios, Akmenos – Danės, Ronžės ir Smiltelės baseinai.5)Dauguvos – Dysna, Ilukstė ir Laukesa – Nikaja.2. Upės baseino vandens ir šilumos balansas2.1.1. Baseino vandens balanso bendra samprataVandens balanso metodas pagrįstas lygybe: į kiekvieną vandens tūrį pritekančio vandens kiekis yra lygus vandens kiekio padidėjimui arba sumažėjimui tame erdvės tūryje atėmus ištekantį kiekį. Pagal upės baseino vandens balansą galima ištirti svarbias vandens apytakos gamtoje grandis. Galima palyginti tiriamos teritorijos drėgmės šaltinius ir ištirti jų įtaką nagrinėjamo vandens telkinio rėžimui. Lyginant atskiras vandens balanso komponentes galima pastebėti ir pataisyti matavimų klaidas bei įvertinti gautų išvadų tikslumą. Vandens balanso metodu galima netiesiogiai nustatyti tas drėgmės balanso komponentes (nuotakį, kritulius, garavimą), kurias išmatuoti sunku. 2.1.2. Baseino vandens balanso lygtisVandens prietaką į upės baseiną sudaro 1) nagrinėjamu laikotarpiu iškritę krituliai – X , 2)dirvožemio paviršiuje susikoncentravusi drėgmė – K, 3) paviršinio vandens prietaka – Y1, 4) požeminio vandens prietaka – P1. Vandens ištaką sudaro: 1)vandens garavimas bei transpiracija – Z ,2)paviršinė ištaka – Y2, 3)požeminė ištaka – P2. Be to, upės baseine vyksta drėgmės pokyčiai dirvožemio paviršiuje –A1 ir A2, ir drėgmės pokytis gilesniame grunto sluoksnyje – U1 ir U2.Upės baseino vandens balanso lygtis: Hs = Zs+Ys – suminiai upės baseino drėgmės ištekliai (krituliai ir drėgmės atsargų apykaita grunte) yra lygūs suminiam garavimui ir suminiam nuotakiui. 2.2. Šilumos balansasUpės baseine kiekvienu momentu arba tam tikru laikotarpiu vyksta šilumos energijos prietakos kaita, kartu ir šilumos apykaita. Matematinė šilumos apykaitos išraiška yr šilumos balanso lygtis: IEm = IE+T, IEm – upės baseino riboto ploto metų šilumos balansas, IE – šiluma, sunaudota garavimui, T – suminė šilumos kaita plote. Upės baseino (riboto ploto) šilumos balansas yra lygus šilumai, sunaudotai garavimui ir suminės šilumos kaitai tame plote. Šilumos balansas ir jo elementai turi didelės reikšmės vietovės orų pobūdžiui ir klimato ypatybėms.
3.Paviršinio nuotakio formavimasis3.1. Paviršinio nuotakio formavimosi procesasPaviršinio nuotakio formavimosi procesas yra labai sudėtingas. Jis prasideda taip: iškritusių kritulių ar sniego tirpimo vanduo, atsiradęs (susitelkęs) upės, baseino paviršiuje, užpildo mikroreljefo įdubimus bei gruntą drėgme ir veikiamas Žemės traukos jėgos teka nuolydžio kryptimi.Tekėdamas nuolydžio kryptimi vanduo prisipildo vis didesniu vandens kiekiu. Taip vyksta vadinamas tranzitinis suminis pritekėjimas, kuris ilgesnį metų laikotarpį sudaro upės bazinį nuotakį. Sniego tirpimo ir kritulių intensyvumas bei suminio pritekėjimo pobūdis suformuoja pavasario potvynių bei vasaros – rudens poplūdžių maksimalius debitus. Bazinį upių ir upelių nuotakį formuoja gruntiniai vandenys.Paviršinį nuotakį sudaro vanduo, tekantis baseino paviršiumi nuo takoskyros iki pagrindinės upės vagos. Tačiau vanduo tekėdamas sutinka įvairias kliūtis, kurios vienaip ar kitaip sutrikdo pritekėjimo pobūdį. Todėl kiekvienu konkrečiu atveju reikia nustatyti visus paviršinio nuotakio formavimosi proceso elementus. Reikia hidrografus skirti į 2 sudedamąsias dalis: gruntinio ir paviršinio nuotakio. 3.2.Vandens tekėjimas, akumuliacija ir infiltracijaVanduo teka veikiamas sunkio jėgos. Jo tekėjimo greitis priklauso nuo santykio sunkio dedamosios, lygiagrečios išilginio nuolydžio linijai, ir pasipriešinimo jėgos, atsirandančios dėl skysčio dalelių tarpusavio trinties ir dėl vagos dugno šiurkštumo, kurį patiria judanti vandens masė. Sunkio dydis priklauso nuo vandens paviršiaus nuolydžio, o pasipriešinimo jėga – nuo skysčio tekėjimo pobūdžio (laminarinio, turbulentinio) ir vagos šiurkštumo. Turbulentinis tekėjimas skiriasi nuo laminarinio tuo, kad vietoj fizinio klampumo jam būdingas turbulentinis klampumas. Akumuliacija – tai vandens kiekio kaupimas natūraliuose ir dirbtiniuose telkiniuose bei žemės paviršiaus reljefo įdubimuose. Akumuliacijos procesai gamtoje laikini ir pastovūs. Infiltracija – tai vandens sunkimasis į dirvožemio bei grunto storymę ir jo judėjimas gilyn iki požeminio vandens lygio. Vandens filtracijos greitis įvairiuose dirvožemiuose bei gruntuose būna skirtingas. 3.3. Hidrografai ir jų formosZaikovas pagal nuotakio rėžimus ir metų hidrografus, upes suskirstė į 3 pagrindines grupes: 1)upės, kurioms būdingi pavasario potvyniai, 2)upės, kurioms būdingi potvyniai šiltuoju metų laikotarpiu, 3)upės, kurioms būdingas bendrasis potvynių rėžimas. Pirmų dviejų grupių upėms būdingi kasmet periodiškai pasikartojantys maksimalūs debitai pavasario arba šiltuoju metų laikotarpiu. Kitais metų laikais upių nuotakis gali labai svyruoti. Trečios grupės upėms būdingi staigūs trumpalaikiai poplūdžiai, sistemingai pasikartoją bet kuriuo metų laikotarpiu arba metų sezone. Lietuvos upės maitinamos vandeniu iš 3 šaltinių: tirpstančio sniego, lietaus ar liūčių ir gruntinio vandens. Lietuvos upėms būdingas metinis hidrografas.3.4. Nuotakio pasiskirstymas metų laikotarpiu3.4.1. Bendra apžvalgaPavasario potvyniai, lietaus ir liūčių poplūdžiai bei vasaros – žiemos minimumai, upių išdžiūvimas bei iššalimas lemia nuotakio pasiskirstymo metų laikotarpiu pobūdį, kuris nėra pastovus. Jis labai kinta, ypač per ilgesnį laikotarpį. Metų sezonų vandeningumas taip pat kinta. Nuotakio pasiskirstymas metų laikotarpiu gali būti apibūdinamas 2 būdais: 1)kalendoriniu, 2)vidutinių paros debitų trukmių kreive. Sprendžiant įvairius vandens ūkio klausimus nuotakio pasiskirstymą metų laikotarpiu geriau vertinti pagal pirmąjį būdą, o nagrinėjant nuotakio reguliavimo klausimus – antrąjį. 3.4.2. Veiksniai, turintys įtakos nuotakio pasiskirstymuiKlimatiniai veiksniai, – krituliai, garavimas ir sniego akumuliacija – sudaro bendrą nuotakio pasiskirstymo metų laikotarpiu modelį. Kadangi klimatiniai veiksniai yra sezoninio pobūdžio, tai sezoninį nuotakį, kuris daugiausia veikiamas klimatinių veiksnių, galima pavaizduoti izolinijomis. Geologinės ir geografinės sąlygos turi įtakos kritulių vandens kiekiui pasiskirstymui tarp paviršinio nuotakio, infiltracijos ir išgaravimo. Lengvi gruntai, esantys baseine, turi įtakos sezoniniam nuotakio pasiskirstymui. Ežerai ir tvenkiniai išlygina nuotakio pasiskirstymą metų laikotarpiu, nes pavasarį jie akumuliuoja tam tikrą nuotakio dalį, kuri palaipsniui atiduodama sausuoju metų laikotarpiu. Pelkių reikšmė nuotakio pasiskirstymui metų laikotarpiu nėra detaliai ištirta. Miškas nuotakio pasiskirstymą metų laikotarpiui išlygina. Miškinguose baseinuose sulėtėja sniego tirpimas, sumažėja pavasario potvynių maksimalūs debitai.Antropogeniniai veiksniai nuotakio rėžimui turi įvairios įtakos. Pvz, įrengus sezoninio reguliavimo tvenkinius, visiškai pakeičiamas nuotakio pasiskirstymo metų laikotarpiu pobūdis.
3.4.3. Nuotakio pasiskirstymo metų laikotarpiu pobūdisPaprastai skaičiuojamas kiekvieno metų sezono nuotakio pasiskirstymas (pavasario, vasaros, rudens žiemos). Todėl ir nuotakio pasiskirstymo pobūdis būna įvairus. Hidrologiškai ištirtų upių nuotakio pasiskirstymas mėnesiais būna pagrįstas natūrinių stebėjimų duomenimis. Priklausomai nuo nuotakio panaudojimo pobūdžio atliekama vidutinių metų arba tam tikrų tikimybių reikšmių nuotakio pasiskirstymo metų laikotarpiu analizė. 3.4.4. Paros debitų trukmių kreivėsNaudojamos 2 tipų vidutinių paros debitų tikimybės kreivės: absoliutinė ir vidutinė. Turint natūrinių vandens debitų stebėjimų duomenis gali būti sudaromos abiejų tipų tikimybės kreivės. Absoliutinė paros debitų tikimybės kreivė vaizduoja debitų pasiskirstymą metų laikotarpiu nuo absoliutaus didžiausio iki mažiausio debito, o vidutinė – nuo vidutinio maksimalaus iki vidutinio minimalaus. Tikslesnė yra vidutinė paros debitų tikimybės kreivė. Neturint stebėjimo duomenų vidutinių paros debitų tikimybės kreivės sudaromos analogijų metodu. 3.4.5. Natūralaus nuotakio reguliavimo veiksniaiNatūralaus nuotakio reguliavimo veiksniai apima didelį įvairių priemonių kompleksą. Pagrindiniai veiksniai: 1)esant nedideliems vandens ištekliams, juos reikia naudoti kompleksiškai, t.y. panaudoti keliems tikslams: pramonei, drėkinimui, žuvininkystei, rekreacijai, nuo erozijos, 2)vandens išteklių naudojimo kompleksiškumui užtikrinti, turi būti sudaromos kiekvieno baseino kompleksinio vandens ištekli. naudojimo ir apsaugos schemos. 3) vandens ištekliai turi būti naudojami tik pagal ekonomiškai ir ekologiškai pagrįstus kompleksinius projektus, 4) esant tinkamoms hidrologinėms, topografinėms ir ekologinėms sąlygoms natūralių upių nuotakį reguliuoti reikia tvenkiniais. Sukauptus vandens kiekius tausoti ir saugoti nuo užterštumo.4.UpėsUpė – natūrali nuolatinė ar laikina vandens tėkmė, tekanti sausumos paviršiuje nuolydžio kryptimi savo išgraužta vaga ir maitinama paviršiniu bei požeminiu vandeniu. Jos skirstomos į 2 pagrindinius tipus: lygumų ir kalnų upės. Skirtumus tarp jų apibūdina tėkmių greičiai, vandens drumstumai, slėnių pobūdžiai ir kiti vietiniai požymiai.4.1. Upių vagų susidarymasUpių vagų (hidrografinio tinklo) susidarymo istoriją nagrinėja paleohidrografijos mokslas. Viena svarbiausių priežasčių, turinti įtakos upių vagų tinklo kitimui, yra tektoniniai reiškiniai. Ledynų periodą sudarė daugelis apledėjimo bei tirpimo epochų, kurios turėjo lemiamos reikšmės žemės paviršiaus formavimuisi, kartu ir upių vagoms susidaryti. Kritulių ir tirpstančio sniego vanduo iš pradžių susigeria į dirvožemį, kol jį prisotina. Kai vanduo į dirvožemį nebesifiltruoja, jis pradeda tekėti žemės paviršiumi, ir taip pamažu formuojasi upių vagos. Poliariniuose ir kalnuotuose rajonuose upių vagas formuoja tirpstančių ledynų vanduo. 4.2. Upių pagrindiniai elementaiKiekviena upė turi pradžią,t.y. ištaką. Ištakomis gali būti ežerai, pelkės, ledynai ir šaltiniai, kurių vanduo išteka į paviršių. Upės, ištekančios iš ežerų, turi ryškias ištakas. Lygumų rajonų upės dažniausiai išteka iš pelkių. Didesnių upių vagos skirstomos į 3 dalis: aukštupį, vidurupį ir žemupį. Upių aukštupiai būna kalvotesnio reljefo rajonuose. Vidurupyje praplatėja vagos, jos būna vandeningesnės, sumažėja nuolydžiai ir tekėjimo greičiai. Vandens tėkmėje atsiranda daugiau nešmenų. Žemupiuose nuolydžiai dar labiau sumažėja, kartu sumažėja ir tekėjimo greičiai, vaga paplatėja. Vietos, kur upės įteka į jūrą,ežerą ar kitą upę, vadinamos žiotimis. Didesnių upių žiotyse iš intensyviai nugulančių sąnašų susidaro lygumos, vadinamos upių deltomis. Tose vietose, kuriose vyksta vandenyno potvyniai ir atoslūgiai, upių deltos būna neryškios. Tokiais atvejais upės į vandenynus dažniausiai įteka giliomis, plačiomis žiotimis, vadinamomis estuarijomis. Limanai – labai praplatėjusios upių žiotys. 4.3. Lietuvos upėsLietuvos upės ir jų slėniai kilmės atžvilgiu yra dvejopi. Visos didesnės Lietuvos upės susiformavo tirpstant ledynams, t.y. iš ištirpusio ledyno vandens tėkmės. Mažesnės upės atsirado daug vėliau, nutekant kritulių vandens pertekliui. Lietuvos didesnių upių slėniai susiformavo per 3 etapus, atitinkančius tris svarbiausias ledyno pakraščio stovėjimo linijas: Baltijos – Švenčionių kalvyno, Vidurio Lietuvos ir galinių morenų kalvyno. Pagrindinės upės – Nemunas, Neris, Šventoji, Nevėžis, Šešupė ir kitos. 4.4. Upių vagų morfologija4.4.1. Upių vagų ilgiaiUpės vaga vadinama žemiausia slėnio dalis, kuria teka vanduo nuolydžio kryptimi. Vagų matmenys priklauso nuo upių dydžio ir vandens kiekio jose. Upės vagos ilgis – tai atstumas kilometrais nuo ištakų iki žiočių. Atstumas paprastai skaičiuojamas nuo žiočių, kaip pastovesnio taško, aukštyn. Upių vagų ilgiai matuojami ašies linijoje du kartus: 1 kartą – nuo žiočių iki ištakų, nustatant kiekvieni būdingesnio ruožo ilgį, ir 2 kartą – nuo ištakų iki žiočių. Dviejų matavimų paklaida neturi viršyti 2 %. Tikruoju vagos ilgiu laikomas dviejų matavimų aritmetinis vidurkis. 4.4.2. Vagų vingiuotumas ir šakotumasUpių ir upelių natūralios vagos plane visada būna vingiuotos. Vagų vingiuotumą lemia vandens kaita upėse, gruntas ir vietovės reljefas. Kartais vagų vingiai būna kilpų pavidalo, vadinami meandromis. Vagų vingiuotumą apibūdina koeficientas, kuris išreiškiamas tikrojo vagos ilgio Lupir tiesės, jungiančios ištakas su žiotimis, ilgio l santykiu: kv= . Vagų šakotumas apibūdinamas koeficientu, kuris yra visų atšakų ilgių ir pagrindinės vagos sumos bei atitinkamo ruožo pagrindinės vagos ilgio santykis ks= 4.4.3. Sietuvos, rėvos ir perėjosLygumų upėse sietuvos (gilios vietos) būna ties įlenktomis plane vagos vietomis, rėvos (seklumos) – atitinkamai tiesiuose vagų baruose, esančiuose tarp vagos posūkių. Rėvos – tai nešmenų susiformavę skersiniai vagos dugno pakilimai. Vandens tėkmių posukių vietose susiformuoja perėjos. Tai plokšti vagos dugno pakitimai. Giliausios tėkmės taškai, sujungti linija, vadinami farvateriu. 4.4.4. Upių vagų tinklo tankumasVagų tinklo tankumas išreiškiamas pastovių vagų gausumu kokiame nors teritorijos plote. Vagų tankumas – tai viena iš daugelio teritorijos charakteristikų, tiesiog priklausančių nuo vietovės klimato, grunto savybių ir nuotakio. Natūralių vagų tankumas gali kisti žmogaus veiklos dėka. Baseine esančių vagų tinklo tankumą apibūdina vagų tankumo koeficientas, kuris išreiškia visų vagos ilgių sumos ir baseino ploto santykį: D= .Kadangi Lietuvoje daugiau iškrenta kritulių nei išgaruoja, vidutinis vagų tinklo tankumas yra 0,98 km/km2. Įvairiose Lietuvos dalyse upių vagų tinklo tankumas nevienodas. Jis priklauso nuo daugelio veiksnių, tačiau pagrindiniai šie: kritukių kiekis, reljefas ir litologinė teritorijos sudėtis. 4.4.5. Upių vagų išilginiai ir skersiniai profiliaiIšilginių upių vagų profiliai apibūdina vagų dugno ir vandens paviršiaus nuolydžius. Paprastai natūralių vagų nuolydžiai žemupio link mažėja. Upių vagų išilginiu nuolydžiu vadinamas skirtingų aukščių taškų tarp ištakų, žiočių ir vagos ilgio santykis: i . Natūralių upių vagose išskiriami 4 tipų išilginiai profiliai: 1)sklandžiai įgaubtas (pusiausvyrasis); 2)tiesialinijinis – dažniausiai būna lygumų rajonų mažesnėse upėse; 3)spūdinis – pasitaiko retai; 4)girliandinis – kalnų upėse. Gamtoje dažniausiai pasitaiko sklandžiai įgaubtų vagų išilginių profilių. Šiems profiliams būdingi didesni vagų nuolydžiai aukštupiuose ir mažesni – žemupiuose. Vagos skerspločiu vadinama plokštuma, statmena tėkmės krypčiai, apribota apačioje vagos dugnu, o viršuje – tiesia linija jungiančia vagos krantus. Nuo vagos skerspločio priklauso tėkmės laidumas ir jos hidrauliniai parametrai (tekėjimo greitis, nuolydis). Vagos skersplotis, viršuje apribotas vandens lygiu, vadinamas tėkmės skerspločiu. Jis kinta priklausomai nuo vandens lygio vagoje.4.5. Upių slėniai4.5.1. Pagrindiniai elementaiUpių slėniai – tai pailgi žemės paviršiaus įdubimai, išgraužti upių tėkmių. Šie įdubimai susidarė traukiantis ledynams. Pagrindiniai upių slėnių elementai: 1)dugnas – žemiausioji slėnio dalis, kuria teka upė. Giliausia vieta – talvegas. 2)vaga, 3)salpa – slėnio dalis, kuri potvynių ar poplūdžių laikotarpiais apsemiama,4)slėnio plotis,5)slėnio aukštis,6)slėnio krantai – linija, skirianti slėnio šlaitus nuo prieslėnio lygumos,7)slėnio papėdė – tai žemiausia šlaitų dalis, jungianti slėnio šlaitus su dugnu, 8)slėnio šlaitai – tai nuožulnūs plotai, vienu šonu besiribojantys su papėde, kitu – su kraštais, 9)prieslėnis
4.5.2. Slėnių tipaiUpių vagų pradžioje slėniai paprastai būna neplatūs ir negilūs. Tačiau einant žemyn dėl erozijos procesų jie platėja ir gilėja, įgydami įvairią formą ir gylį. Pagal tai upių slėniai skirstomi į 8 tipus: 1)plyšiai – tai gilūs ir siauri slėniai vertikaliais ar net kylančiais šlaitais. Būna kalnų rajonuose. 2)kanjonai (tarpekliai) – gilūs vertikaliais šlaitais, jie platesni už plyšius.Kalnuotose vietovėse.3)siauradugniai – gilūs slėniai su siaurais dugnais ir ryškiais reljefiniais šlaitais. Kalnų rajonuose.4)V formos – būdingi nuožulnūs šlaitai ir gana platūs dugnai. Pasitaiko dažniausiai.5)loviniai – būdingi staigūs įgaubti šlaitai.Kalvotose vietovėse.6)trapeciniai – panašūs į keturkampius, tik jų šlaitai nuožulnesni. 7)keturkampiai – turi plačius ir beveik plokščius dugnus. Lygumų teritorijose. 8)beformiai – labai nuolaidūs šlaitai, kurie palaipsniui pereina į vagą. Lygumų rajonuose. Natūralių upių slėniai labai retai būna taisyklingos ir pastovios formos. Dažnai iš vieno tipo pereina į kitą. 4.5.3. Lietuvos upių slėniaiLietuvos didesnių upių slėniai susiformavo per 3 etapus, atitinkančius tris svarbiausias ledyno pakraščio stovėjimo linijas: Baltijos – Švenčionių kalvyno, Vidurio Lietuvos ir galinių morenų kalvyno. Pagal formą upių slėniai skirstomi į tiesiašlaičius – priskiriami neplatūs, vienodo pločio slėniai, kurių šlaitai yra tiesūs, neturintys meandravimo žymių – tai Nevėžio, Dubysos, Minijos ir kitų upių slėnių atkarpos; ir segmentinius – išplėsti upių tėkmių, kurios kaitaliojasi šonų link. Slėniai daug platesni, tačiau jų pločiai labai kinta, o šlaitai yra vingiuoti. Lietuvos upių slėniai didesnių vagų atkarpose yra labai nevienodi. Pagal kilmę Lietuvoje aptinkami 6 tipų slėniai: distaliniai fliuvioglaciniai, lateraliniai fliuvioglaciniai, periglacialiniai, limnoglacialiniai pralaužtiniai, prieledyniniai mažų intakų, šiuolaikiniai eroziniai.4.6. Upių sistemosUpių sistemas sudaro viena pagrindinė upė ir keletas, keliolika ar keliasdešimt intakų. Intakai būna 1,2,3, ir t.t. eilės. 4.6.1. Upių sistemų tipaiUpių vagos su intakais ir intakų intakais sudaro upyną, arba upių sistemas. Upių sistemas galima suskirstyti į 11 tipų: (Troickio klasifikacija)1)radialinės – upių vagos radialiai išsiskirai nuo ištakų 2)centrosrautinės – upių tėkmės juda apie tam tikrą centrą 3)subdendrinės – primena šakotą medį – tai daugumos Lietuvos upių sistemos 4)subparalelinės – vagos, tekėdamos lygegrečiai netoli viena kitos, žemupiuose susijungia smailiais kampais, sudarydamos vieną sistemą. 5)tinklinės – primena tinklus 6)deltinės – aliuvinės – šios sistemos upių vagos pagrindinės upės žemupyje pereina į radialines. 7)šakotinės – primena šakotus medžius 8)stačiakampės – šakotinės – intakai į didesnes vagas dažniausiai įteka stačiais kampais 9)plunksninės –primena paukščio plunksnos formą 10)stačiakampės – plunksninės – intakai vienodai išsidėstę abiejuose pagrindinės upės pusėse 11)lygiagrečios – vagos teka lygiagrečiai viena kitos. Lietuvos teritorijoje dažniausias yra subdendrinis – šakotas upių vagų sistemos tipas.
4.6.2. Upių klasifikacija pagal maitinimo vandeniu pobūdįVanduo, patekantis iš baseino į upę, yra jos maitinimo šaltinis. Upių maitinimo vandeniu šaltinai yra : 1)paviršiniai vandenys, tekantys žemės paviršiumi, lyjant lietui arba tirpstant sniegui bei ledynui.2) požeminiai vandenys. Upės maitinimo vandeniu šaltinio pobūdis priklauso nuo maitinimo šaltinio vietovės klimatinių ir hidrogeologinių sąlygų. Galima suskirstyti į 9 tipus (Lvovičiaus klasifikacija): 1)vyrauja maitinimas sniegu, 2)maitinimas sniegu, 3)maitinimas lietumi, 4)maitinimas lietumi 5)maitinimas ledynais, 6)mišrus, bet vyrauja maitinimas sniegu, 7) mišrus, bet vyrauja maitinimas lietumi, 8)mišrus, bet vyrauja maitinimas ledynų tirpimo vandeniu, 9)mišrus, bet vyrauja maitinimas požeminiu vandeniu. Pagrindinis Lietuvos upių maitinimo vandeniu šaltinis yra kritulių vanduo. 5. Upių nuotakis5.1. Vandens debitas ir nuotakisPagrindinė vandens nuotakio charakteristika yra debitas (Q) – tai vandens kiekis, nutekantis bet kokiu tėkmės skerspločiu per sekundę. Debitas gali būti vaizduojamas debito modeliu. Kadangi vandens tekėjimo greitis kinta vagos skersplotyje tiek pagal gylį, tiek ir pagal plotį, t.y. egzistuoja priklausomybė v = f(h) ir v = f(b). todėl pagal tekėjimo greičius sekundinę vandens tėkmę pavaizdavus grafiškai, gaunama kreivalinijinio paviršiaus figūra, vadinama debito modeliu. Jo tūris lygus debitui. Debitą padauginus iš bet kokio laikotarpio t, išreikšto sekundėmis, gaunamas to laikotarpio nuotakis, arba vandens tūris (W) – m3. Nuotakis – vandens kiekis, pratekantis upe per tam tikrą laikotarpį: valandą, parą: savaitę ir t.t. Nuotakis yra natūralus vandens nutekėjimas žemės paviršiumi: upėmis, upeliais, kanalais, veikiant Žemės traukos jėgai. Pagal susiformavimo pobūdį bei nutekėjimo laiką, nuotakis gali būti paviršinis, požeminis, vidutinis, maksimalus, min, pavasario sniego tirpimo potvynių ar vasaros – rudens liūčių poplūdžių. 5.2. Nuotakio charakteristikosDažniausiai naudojamos tokios charakteristikos: 1)norminis debitas – daugiamečių debitų vidutinė aritmetinė reikšmė – Q0. 2)norminis nuotakis -W0.3) (nuotakio modulis) (q) – vandens kiekis, nutekantis per sekundę nuo baseino ploto vieneto (l/s km2). 4)Nuotakio aukštis (A) – vientisas vandens sluoksnio aukštis mm, kuris susidarytų visą nuotakio tūrį vienodai paskleidus upės baseino plote. 5) Nuotakio koeficientas ( ) – nuotakio aukščio ir kritulių aukščio per tą patį laikotarpį santykinis dydis. Parodo, kokia dalis kritulių vandens tenka nuotakiui.6) Modulinis koeficientas (K) – bet kokio nuotakio charakteristikų dydžio ir to paties dydžio vidutinės aritmetinės reikšmės santykinis dydis. Charakterizuoja vandeningumą.5.3.Nuotakio kaitos veiksniai5.3.1. Klimatiniai veiksniaiUpių nuotakio kaita priklauso nuo 3 pagrindinių veiksnių: klimatinių, fizinių – geografinių ir antropogeninių. Svarbiausi klimatiniai nuotakio kaitos veiksniai: krituliai, garavimas, oro temperatūra, oro drėgmė, drėgmės deficitas, vėjas ir oro slėgis. Ypač svarbūs yra krituliai ir garavimas. Jie turi įtakos vandens patekimui į upės baseiną ir jo sumažėjimui, kartu ir nuotakio padidėjimui ir sumažėjimui. Po liūčių upių nuotakis labai padidėja. Po lietaus upių nuotakis didėja lėtai arba visai nedidėja. Ežerai nesujungti kanalais su pagrindine upe, sumažina upių nuotakį, o ežerai įsiterpę tarp upių vagų, yra natūralaus nuotakio reguliatoriai. Jie sukaupia vandenį didesnio nuotakio laikotarpiu, o paskui išlyginamuoju nuotakiu maitina upes ilgesnį laiką. Pelkėtumo įtaka nuotakiui gana sudėtinga. Baseino reljefas turi didelės įtakos kritulių vandens nutekėjimo greičiams. Kuo banguotesnis reljefas, tuo paviršinis vanduo greičiau nuteka.5.3.2. Fiziniai – geografiniai veiksniaiTai dirvožemio geologinė ir geomorfologinė baseino struktūra, morfometrinės baseino savybės, augalija, ežeringumas ir pelkėtumas – priklauso nuo vietovės klimatinių sąlygų. Dirvožemio geologinių savybių įtaka: Infiltracija gali vykti kritukių iškritimo vietoje tekant vandeniui žemės paviršiumi, todėl dirvožemio laidumas ir drėgmė yra svarbūs veiksniai upių nuotakiop formavimuisi. Smėlis yra laidus vandeniui, molis – ne. Kuo drėgnesnis dirvožemis, tuo didesnis nuotakio koeficientas. Augalijos įtaka: kartais ji mažina nuotakį, kartais – padidina, nes skirtingas žolės ir miško poveikis. Žemės paviršius, apaugęs augalija, yra šiurkštesnis. Tai mažina paviršinio vandens tekėjimo greitį, padidina infiltraciją ir sumažina paviršinį nuotakį. Be to augalai daug vandens transpiruoja. Miškai ir krūmai mažina gruntinio vandens pritekėjimą požeminiais kanalais į upes. Miškas sumažina pavasario potvynių pikus ir padidina nuotakį šiltuoju metų laikotarpiu. 5.3.3. Antropogeniniai veiksniaiNatūrinio upių nuotakio kaitai kaskart daugiau įtakos turi žmogaus veikla. Dėl to baseine keičiasi upių baseinų paviršiaus būklė, vandens tekėjimas paviršiumi ir gamtinis nuotakis. Baseino paviršiaus būklė pakinta iškirtus arba pasodinus miškus, išarus dirvonus, nusausinus pelkes ir panašiai.Kita žmogaus veiklos sfera baseine yra įvairių hidrotechninių statinių statyba (tvenkinių įrengimas, drėkinimas, žuvininkystė). 5.4. Hidrologinis rėžimas5.4.1. Vandens lygių kaitaVandens lygiai upėse svyruoja, tai priklauso nuo į upes, ežerus sutekančio vandens kiekio kitimo.Didėjant pritekančio vandens debitams upėse vandens lygis kyla, debitams mažėjant – slūgsta. Vandens lygiai gali kisti ir dėl kitų priežasčių: vykstant vagų deformacijoms,įrengus upių vagose hidrotechninius statinius, vagoms užaugus augalija ir t.t. Svarbiausi vandens lygiai yra: aukščiausias daugiametis, aukščiausias per metus, pavasario ledonešio – pavasario potvynių maksimalus, vasaros – rudens poplūdžių – vasaros – rudens maksimalus, žemiausias daugiametis, metų žemiausias, vasaros ir žiemos žemiausias.Vandens lygio kaita priklauso nuo upe tekančio vandens kiekio, ji susijusi nuo upės maitinimo šaltinio pobūdžio. Išskiriami pagrindinai vandens lygio kaitos tipai: 1)vandens lygio svyravimas, kintant tėkmės vandeningumui, 2)kintant vagų šiurkštumui, 3)vykstant vėjo nuopūtomis ir sampūtoms, 4)esant natūralioms ir dirbtinės patvankoms. 5.4.2. Vandens debitų kaitavandens debitas yra svarbiausias upės rodiklis, pagal kurį galima įvertinti tėkmės vandeningumą. Jei kinta vandens debitas, tai kinta ir vandens lygis, tekėjimo greitis ir kiti rodikliai. Kadangi vandens debitus lemia vanduo, pritekantis į vagas iš baseinų. Tai jų dydžiai kinta priklausomai nuo prietakos sąlygų. Kai vandens prietakos į upę rėžimas būna pastovus, tai kiekviename vagos pjūvyje debitas kinta lėtai ir pastoviai. Tokį pastovų vandens tekėjimą sutrikdo potvynių ar poplūdžių bangos. Kai juda bangos, tam tikrame vagos pjūvyje kinta ir debitas pagal laiką išilgai tėkmės. Todėl vandens debitas yra laiko t ir atstumo pagal tėkmės ilgį L funkcija, t.y.Q=f(t,L).5.4.3. Metų nuotakio kaita upėseUpės metų nuotakio kaitai dažniausiai būdingos tokios fazės: pavasario potvynių, vasaros – rudens poplūdžių, vasaros ir žiemos žemojo nuotakio. Tai priklauso nuo upės maitinimo vandeniu tipo, kuris savo ruožtu priklauso nuo upės baseino klimatinių sąlygų, morfometrinių bei fizinių – geografinių charakteristikų. Pavasario potvyniai susiformuoja tirpstant sniegui, susikaupusiam upės baseine žiemos metu. Pavasario potvyniai ypač būdingi upėms, turinčioms vyraujantį sniego maitinimą. Pasibaigus pavasario potvyniams prasideda vasaros žemojo nuotakio laikotarpis, kuris paprastai baigiasi vasaros pabaigoje ar rudens pradžioje. Šiuo laikotarpiu upės daugiausia maitinamos gruntiniu vandeniu. Vasaros – rudens poplūdžius formuoja lietūs ir liūtys. Žiemos žemasis nuotakis prasideda užšalus upėms. Tada upės maitinamos tik gruntiniu vandeniu. Mažiausias nuotakis paprastai būna žiemos pabaigoje, prieš pavasario potvynį. 5.4.4. Upių klasifikacija pagal nuotakio kaitą5.4.4.1. Rusiškoji klasifikacijaZaikovo klasifikacija pagal upių nuotakio kaitą: upės, kurioms būdingi pavasario potvyniai, upės, kurioms būdingi poplūdžiai šiltuoju metų laikotarpiu, upės, kurioms būdingas bendrasis potvynių rėžimas. Lvovočius klasifikuoja upes pagal jų maitinimo šaltinius ir nuotakio pasiskirstymą per metus. Pagal maitinimo šaltinius -–sniego, lietaus, ledynų ir gruntiniai. Pagal nuotakio pasiskirstymą per metus – pavasario, vasaros, rudens ir žiemos. Kuzino klasifikacija pagal upių vandens kaitą ir maitinimą. Jis teigia, kad potvynius formuoja tik sniego tirpimo vanduo. 1)upės, kurioms būdinga potvynių kaita – ryškūs pavasario potvyniai, mišrūs pavasario – vasaros potvyniai, ryškūs vasaros poplūdžiai.2)upės, kurioms būdinga potvynių ir poplūdžių kaita – ryškūs pavasario potvyniai ir poplūdžiai šiltuoju; šaltuoju metų laikotarpiu; ištisus metus; ryškūs pavasario – vasaros potvyniai ir poplūdžiai šiltuoju; šaltuoju laikotarpiais; ištisus metus; ryškūs vasaros – rudens poplūdžiai.3)Upės, kurioms būdinga vasaros – rudens poplūdžių kaita – ryškūs poplūdžiai šiltuoju laikotarpiu; ištisus metus; daugiausia šaltuoju; daugiausia šiltuoju. (potipiai). 5.4.4.2. Parde klasifikacijaSuskirstė upes į 3 pagrindines grupes: 1)upės, kuriose ryški įprastinė nuotakio kaita – ryškios 2 nuotakio kaitos fazės: potvynių ir minimumų. Upės vienodai maitinamos vandeniu. 2)upės, kuriose ryški pirmos klasės kompleksinė nuotakio kaita – būdingas mišrus maitinimas vandeniu. Šios upės dar skirstomos į 2 tipus pagal sniego – lietaus ir lietaus – sniego rėžimą. 3)upės, kuriose ryški antros klasės kompleksinė nuotakio kaita- maitinimas vandeniu mišrus, o pagrindinės upės nuotakio rėžimas kinta visame upės vagos ilgyje. Dauguma Lietuvos upių priskiriama antrai grupei. 5.4.5 Hidrodinaminiai reiškiniai tėkmėse5.4.5.1. Vandens srovių cirkuliacija vagoseNuo upių vagų vingiuotumo, gylio pokyčių ir skirtingų nuolydžių priklauso gana sudėtinga vandens srovių cirkuliacija jose. Dažniausiai pasitaiko 2 vandens srovių cirkuliacijos būdai: 1)vandens srovės susitinka paviršiuje, o farvaterio zonoje leidžiasi žemyn ir prie dugno išsiskiria.2)vandens srovės paviršiuje išsiskiria, o prie dugno susitinka. Vandens srovių cirkuliacijos taškai išilgai upės vagos suformuoja sraigto pavidalo tėkmę. 5.4.5.2. Vandens masės judėjimasVandens masių judesiai skirstomi į pastovius ir laikinus. Pastovūs vandens masės judesiai būna upių ir upelių tėkmėse. Kadangi žemė sukasi apie savo ašį, išcentrinė jėga veikai vandens tėkmes vagose. Veikiant išcentrinei jėgai, vandens dalelės juda įlenkto kranto link, dėl to susidaro vandens paviršiaus skersinis nuolydis nuo įlenkto kranto link išlenkto.4.5.3. Potvynių ir poplūdžių bangosNormalios vandens telkinio paviršiaus formos pakitimas vadinamas deniveliacija. Ji būna nuolatinė ir laikina – ritminė ir neritminė. Ritminę deniveliaciją sudaro dvejopos bangos: slenkančios, liečiančios tik paviršiaus vandens sluoksnius ir stovinčios, apimančios visą telkinio vandens masę – seišos. Neritminės deniveliacijos priežastis – vėjas. Pagal bangų formą bangavimas būna: taisyklingas ir netaisyklingas.Išskiriamos 3 vėjinio bangavimo stadijos: pagrindinis bangavimas, pastovusis ir gęstantysis bangavimas. Bangos energijos balanso lygtis apibūdina energijos pokytį per laiko vienetą bangų sklidimo kryptimi:, h – bangos aukštis, – vandens tūrinis svoris, t – laikas, x – atstumas tarp pjūvių, u – grupinis bangų greitis, R1- vid. Energijos kiekis, kurį vėjas perduoda bangai per t, R2- vid. Energijos kiekis, kurį banga praranda per t dėl bangos gesimo. Debitų ir vandens lygių ryšys nutrūksta, kai pereina potvynių ir poplūdžių bangos, dėl kurių atsiranda papildomų nuolydžių.
5.4.6. Upių vandens terminis rėžimasupių vanduo sušyla ir atvėsta šilumos apykaitos tarp vandens masės ir aplinkos dėka. Šią apykaitą išreiškia upės vagos ruožo šilumos balansas. Šilumos apykaita tarp vandens masės ir aplinkos vyksta vandens ribos su atmosfera ir gruntu linijoje. Šiluma nuo šios ribos į vandens masę plinta turbulentinio maišymosi dėka. Šilumos apykaita kinta per parą ir per metus, nes kinta meteorologinės sąlygos ir saulės pakilimo aukštis. Vandens temperatūros svyravimas būna periodinis ir atitinka šilumos srauto kaitą. Dienomis, pavasarį ir vasarą vyrauja temperatūros kilimas, naktimis, rudenį ir žiemą – slūgis. Upių tėkmė yra turbulentinė, ir vandens masės visą laiką maišosi, todėl vandens temperatūra upės tėkmėje išsilygina. Vandens temperatūros paros kaita ryškiausia būna šiltuoju metų laikotarpiu. Pagrindinis veiksnys, nuo kurio priklauso vandens t0 paros svyravimo amplitudė, ir upės vandeningumas: kuo jis didesnis, tuo paros amplitudė mažesnė. 5.4.8. Nešmenų nuotakis5.4.8.1. Upių vagų erozijos veiksniaiPagrindiniai upių ir griovių vagas deformuojantys veiksniai: 1)vagomis tekantis vanduo deformuoja jas išplaudamas ir nusėsdindamas nešmenis. 2)žemės paviršiumi į vagas pritekantis vanduo išplauna šlaitus. 3)hidrogeologinės ir geologinės grunto savybės. 4)saulės radiacija, šaltis, ledas – pavasarį, mažėjant pašalui, vagų šlaitai dažnai nuslenka. 5)vandens augalai – mažina laidumą ir sudaro sąlygas vagų uždumblėjimui. . 6)durpynų nusėdimas. Visi šie veiksniai upių vagose skatina erozijos procesus, didina vandens drumstumą, kartu ir nešmenų debitus. Nešmenų kiekis, kurį vandens tėkmė perneša vagos skerspločiu per sekundę, vadinamas nešmenų debitu. Nešmenų kiekis, kurį vandens tėkmė perneša per tam tikrą laiką, nešmenų nuotakis. Matuojamas tonomis. 5.4.8.2 Upių klasifikacija pagal vandens drumstumąGrunto dalelių išplovimas būna paviršinis (nuo paviršiaus), šlaitinis – nuo vagų bei slėnių šlaitų ir dugninis – iš vagų dugno. Nuo nešmenų kiekio tėkmėje priklauso upių vandens drumstumas – tai kietų medžiagų kiekis gramais 1 m3 vandens arba miligramais 1 litre vandens. Upės skirstomos į 9 drumstumo zonas. Pagal šią klasifikaciją Lietuvos upės priklauso 2 drumstumo zonai – 25-50 g/m3. Lietuvos upės skirstomos į 3 drumstumo zonas. 5.4.8.3. Kybantys ir dugniniai nešmenysVandens tėkmėje esantys nešmenys skirstomi į kybančius (išsisklaidę visoje vandens tėkmėje) ir dugninius (stambiosios dalelės, greitai nusėdančios į dugną). Pagrindinis veiksnys, dėl kurio grunto dalelės pakeliamos nuo dugno, yra keliamoji jėga. Sūkuriai, kurie susidaro , kai srautas apteka įvairias kliūtis, dugno ir krantų nelygumus ir kurių sukimosi ašyje būna žemesnio slėgio sritis, traukia nuo dugno pakeltas nešmenų daleles į srauto vidų. Nešmenų dalelės, kurių kritimo greitis vandenyje dėl sunkio yra didesnis už vertikaliąsias maišymosi greičio sudedamąsias, negali būti suspenduotos sraute. Jos gali būti tik ritinamos dugnu – tai dugniniai nešmenys. 6. Ežerai, tvenkiniai ir pelkės6.1. Ežerai ir tvenkiniaiEžeras – gana didelis natūralus vandens telkinys, esantis sausumos paviršiaus įduboje, suformuotoje ilgalaikių geologinių ir Žemės plutos judesių. Ežeruose vyksta įvairūs procesai: laikui bėgant kinta ežerų dubenys, kinta ir vandens masė. Kai kurie dideli ežerai vadinami jūromis (Kaspijos jūra). Tvenkinys – dirbtinis vandens telkinys, įrengtas užtvenkus upės ar upelio vagas. Jie įrengiami tam, kad būtų įmanoma sureguliuoti natūralų upių ir upelių nuotakį. 6.1.1. Ežerų klasifikacijaEžerai klasifikuojami laikantis įvairių dėsnių. Pirmiausia klasifikuojami pagal kilmę: 1)tektoniniai – ežerų dubenys susiformavo judant Žemės plutai. Jie paprastai būna ilgi ir gilūs. 2)vulkaniniai – dubenys susidarė užgesusių vulkanų krateriuose. 3)nuogriuviniai –užtvenktiniai. 4)eoliniai (vėjo) – įdubos susidarė veikiant vėjui. 5)upiniai – nuo pagrindinių vagų atsiskyrusios senvagės. 6)karstiniai – atsirado ištirpus kokioms nors medžiagoms, pvz. gipsui.7)ledyniniai (glacialiniai) – susidarė apledėjimo laikotarpiu. 8)pajūriniai – limaniniai – susidarė jūrų įlankose ir pakraščiuose. Pvz. Kuršių Marios. 9)organogeniniai – ežerai, susidarę kaupiantis organinėms medžiagoms. 10)dirbtiniai – įrengti žmogaus. 11) meteoritiniai – susidarė nukritusių meteoritų vietose. Pagal pratakumo pobūdį skirstomi į 4 grupes: pratakūs, ištekamieji, nutekamieji ir aklinieji. Pagal vandens sudėtį: gėlūs ir mineraliniai. 6.1.2 Ežerų ir tvenkinių pagrindiniai elementaiPagrindiniai elementai – dubuo ir vandens masė, sukaupta dubenyje. Ežero ir tvenkinio dubuo neatskiriamai susijęs su aplinka, kurioje jie susidarė, o vandens masė priklauso nuo vietovės klimato.Pagrindiniams elementams didelės įtakos turi augalai, gyvūnai ir įvairūs mikroorganizmai. Morfometriniams elementams priklauso paviršiaus plotas, ilgis, plotis, gylis, didžioji ir mažoji ašys, krantų perimetras ir vandens tūris. Nuolat apsemtas vandeniu ežero ir tvenkinio vandens paviršius sudaro jo plotą. Krantų ilgis arba perimetras – linijos, einančios pakrante. Tvenkinių pagrindiniai elementai yra užtvankos su reikalingais įrengimais ir būdingi vandens lygiai bei tūriai. Būdingi vandens lygiai: aukščiausias, vidutinis ir žemiausias, vandens tūriai – maksimalus, naudingasis ir liekamasis.6.1.3. Vandens balansas ežeruose ir tvenkiniuoseEžeras ar tvenkinys iš atmosferos vandenį gauna 2 būdais: tiesioginiu (lietus, sniegas, kruša, leda, susikondensavę virš ežero vandens garai) ir netiesioginiu (požeminėmis arba antžeminėmis srovėmis:iš upių, šaltinių). Patenkančio vandens kiekis priklauso:nuo baseino dydžio, baseiną supančios aplinkos atmosferos ir absoliutaus jos drėgnumo, oro t0, vietovės klimato, ežero, tvenkinio baseino grunto geologinių savybių. Gamtiniai ežerai dalies tūrio netenka dėl infiltracijos.Vandens balansą ežeruose: X+K+Q+q-(Z+P+R+U)= , X – krituliai, K – vandens garų kondensacija, Q – paviršinis pritekėjimas, q – požeminis pritekėjimas, Z – garavimas, P – paviršinis nuotakis, R – požeminis nuotakis, U – vandens kiekis, naudojamas ūkio reikalams, – ežero ar tvenkinio vandens tūrio pokytis. Vandens balansui daugiausia įtakos turi paviršinis pritekėjimas, krituliai, garavimas, filtracija. Pagal vandens balanso formavimosi sąlygas ežerai skirstomi: nuotakūs ir nenuotakūs – jeigu visas į jį patenkantis vanduo išgaruoja. 6.2. Ežerų ir tvenkinių hidrodinamika bei termika6.2.1. HidrodinamikaEžero ar tvenkinio vandens paviršiaus formos pakitimai vadinami deniveliacijomis. Būna nuolatinės ir laikinos – ritminės ir neritminės.Ritminę deniveliaciją sudaro dvejopos bangos: slenkančios, liečiančios tik paviršiaus vandens sluoksnius ir stovinčios, apimančios visą ežero vandens masę – seišos. Neritminės deniveliacijos priežastis – vėjas. Bangavimas labai sudėtingas reiškinys, nes vėjas pučia netolygiai, turbulentiškai, todėl ir bangas sukelia įvairiomis kryptimis. 6.2.2. Hidrotermikaterminis vaizdas kitoks nei upių. Jis daug sudėtingesnis. Ežeruose ir tvenkiniuose skirtingu metų laiku viršutinių bei apatinių vandens sluoksnių temperatūra dažnai būna labai skirtinga. Hidrostatinės ir terminės konvekcijos dėka šiluma pasiskirsto ežero vandens sluoksniuose. Negiliuose ežeruose ar tvenkiniuose net orui atvėsus, vandenį šildo vasaros metu įšilęs jų dugnas bei krantai. Giliuose ežeruose vasarą ir žiemą susidaro skirtingų t0 sluoksniai. Rudenį ir pavasarį tokie sluoksniai išnyksta. Ežerų ir tvenkinių vandens t0 rėžimą lemia jų dydis ir gylis. 6.3. Lietuvos ežerai ir tvenkiniaiVisų Lietuvos ežerų ir ežerėlių plotai užima apie 950 km2, arba 1,5 % teritorijos ploto. Daugiausia ežerų susitelkę Baltijos – Švenčionių aukštumų ruože. Lietuvos ežerai dažniausiai būna netaisyklingos pailgos formos, nors mažieji dažniausiai būna apskriti. 6.3.1. Lietuvos ežerų klasifikacijaLietuvos ežerai skirstomi į 2 pagrindines grupes: glacialiniai (ledyniniai) ir poledyniniai. Glacialiniai skirstomi: patvenktiniai (aptinkami retai), termokarstiniai, sudėtingieji. Visi jie dar skirstomi į 12 potipių. Poledyninės kilmės ežerai skirstomi į 2 tipus: gamtiniai – karstiniai (aptinkami Šiaurinėje Lietuvos dalyje) jūriniai (mūsų Respublikai nebūdingi) ir upiniai- ir dirbtiniai – tvenkiniai ir karjerai. Glacialinės ledyninės kilmės yra beveik visi didieji Lietuvos ežerai. Pagal vandens pratakumą Lietuvos ežerai skirstomi: pratakūs, vandenskyriniai (neturi intakų), nenutekamieji, aklinieji. 6.3.2. HidrotermikaLietuvos ežerų ir tvenkinių vandens terminis rėžimas priklauso nuo klimatinių sąlygų, pirmiausia nuo tiesioginio Saulės spinduliavimo intensyvumo. Todėl ežerų ir tvenkinių temperatūra keičiasi beveik taip pat kaip ir oro. Terminis rėžimas priklauso ir nuo gylio. Sekliuose dėl vėjo įtakos temperatūra suvienodėja. Pagal terminę klasifikaciją Lietuvos ežerai priskiriami vidutinio klimato tipo vandens telkiniams, kurių vandens temperatūra du kartus per metus – pavasarį ir rudenį – būna lygi +4 0C.Lietuvos ežerai skirstomi į 4 hidrotermines grupes: labai gilūs, gilūs, vidutinio gylio ir seklūs. 6.3.3. Lietuvos ežerų hidrocheminė sudėtis ir mineralizacijaLietuvos ežerų vandenyse vyrauja hidrokarbonatų, kalcio, magnio jonai. Lietuvos ežerų vandenys priklauso hidrokarbonatinių klasei, kalcio grupei, I, II ir III tipams. Daugumos ežerų vanduo priklauso II tipui. Bendroji vandens mineralizacija skirtingu laikotarpiu įvairiuose ežeruose svyruoja nuo 32-438 mg/l. Randama tokių pėdsakinių ištirpusių medžiagų: sulfatų, geležies, chloro, nitratų. 6.4. Pelkės6.4.1. Pelkių klasifikacijaPelkė – drėgme permirkęs žemės plotas, kuriame yra susiklostęs ne plonesnis kaip 30 cm durpių sluoksnis ir paviršiuje auga specifinė pelkių augalija. Jų susidarymas vyksta 3 būdais: užpelkėjant ežerams, supelkėjant sausumai ir supelkėjant šaltiniuotoms kalnų ir kalvų pašlaitėms. Pagal išsivystymo pobūdį skirstomos: žemapelkės – pelkė, kurios drėgmės šaltinis yra krituliai ir paviršiniai ir gruntiniai vandenys. Dar vadinamos eutrofinėmis.- geras maitinimas, pereinamojo tipo – yra pereinamosios stadijos iš žemapelkių į aukštapelkes. Vadinamos mezotrofinėmis-vidutinio maitinimo. ir aukštapelkės – pagrindinis drėgmės šaltinis yra krituliai. Ologotrofinėmis –menkas maitinimas.6.4.2. Hidrologinis pelkių rėžimasPelkių hidrologinės savybės yra gana savitos. Jos pajėgia absorbuoti iki 90-95 % vandens. Sausųjų medžiagų būna tik 5-10 %. Kadangi pelkės pasižymi akumuliacinėmis savybėmis, tai jos nebūna didesnių vandeningų upių maitinimo šaltiniai. Pelkių hidrologiniam rėžimui svarbūs šie elementai: pelkės maitinimo vandeniu pobūdis, garavimas, vandens judėjimas pelkėje, gruntinio vandens lygio svyravimas, pelkės užšalimas bei atšilimas. 6.4.3. Lietuvos pelkėsIš viso Lietuvoje yra apie 40000 pelkių ir durpynų masyvų, skaičiuojant ir mažuosius. Žemapelkės užima 79,1%, pereinamojo tipo – 9,1%, aukštapelkės – 11,8%. Lietuvos rajonų pelkėtumas labai skirtingas. Pelkėse auga daugybė augalų rūšių.Hidrologiniai skaičiavimai ir matematinis modeliavimas7.1. Hidrologinių skaičiavimų turinys ir analizės metodaiŠie skaičiavimai – labai platus klausimų ratas, iš kurių pagrindinis dėmesys skiriamas nuotakiui ir su juo susijusiems kitiems vandens balanso elementams. Uždavinys – remiantis upių nuotakio, hidrologinio rėžimo stebėjimais praeityje – gauti kiekybines charakteristikas, apibūdinančias hidrologinius reiškinius ir procesus ateičiai. Skaičiavimų turinį sudaro: upių nuotakio, vandens lygių svyravimo, hidrometeorologinių, vandens balanso, vandens terminio rėžimo, vandens masių dinamikos ar kt. charakteristikų skaičiavimai. Atliekant hidrologinius skaičiavimus pasitaiko 3 atvejai: turima ilgos stebėjimų trukmės duomenis, turima trumpos stebėjimų trukmės duomenis, stebėjimo duomenų visai neturima. Kiekvienu minėtu atveju taikomi skirtingi hidrologinių skaičiavimų metodai. Tačiau visų jų esmę lemia bendra genetinė hidrolog reiškinių analizė, matemat statistikos, tikimybių teorijos, matemat modelių metodų taikymas.
8. 8.1. 8.1.1 Tikimybių ir matematinės statistikos metodų panaudojimas hidrologijoje – bendros žiniosProjektuojant, statant, eksploatuojant hidrotechinius statinius, sudarant nuotakio reguliavimo schemas, būtina įvertinti hidrologines charakteristikas, kintančias tiek laiko, tiek teritorijos atžvilgiu. Tikimybių teorija pagrįsta bendrąja aibių ir matų teorija. 8.1.2. Empirinių duomenų pirminis statistinis sutvarkymasGausius hidrologinių stebėjimų ir matavimų duomenis galima kompaktiškai pateikti pasitelkiant statistinius metodus. Pagal duomenis braižomi grafikai. Santykinių dažnumų grafikas – histograma, suminė santykinių dažnumų kreivė – trukmių kreivė. Hidrologijoje trukmių kreivė vadinama empirine (faktine) tikimybės kreive.8.1.3. Tikimybės samprataHidrologinio reiškinio arba jo charakteristikos tikimybe P(x) yra nusakoma šio įvykio skaičiaus m ir bendro bandymo skaičiaus n santykiu: P(x)= . Įvykių skaičius vadinamas pasikartojimu (dažnumu). Tikimybė P(x) gali būti išreikšta ne tik vieneto dalimis, bet ir procentais. Atliekant hidrologinius skaičiavimus, net ir turint ilgalaikių stebėjimų duomenis, neįmanoma tiksliai nustatyti teorinės tikimybės. Todėl taikomi įvairūs jos teoriniai dėsniai. 8.1.4. Hidrologinių duomenų statistiniai parametraiŠiais parametrais apytiksliai galima aprašyti hidrologinių duomenų pagrindines savybes. Parametrai yra šie: 1)vidutinės reikšmės (aritmetinis vidurkis – vienas pagrindinių parametrų. Tai centras apie kurį pasiskirsto visi kti eilės atsitiktiniai dydžiai.Vadinamas norma. , moda ir kt). 2)išsisklaidymo charakteristikos (vidutinis kvadratinis nuokrypis ir kt) pati paprasčiausia išsisklaidymo charakteristika yra amplitudė. Variacijos koeficientas apibūdina duomenų išsisklaidymo laipsnį. . 3) statistiniai momentai, susiejantys paminėtus parametrus. 4) autokoreliacinis ryšys – nusako statistinį ryšį tarp greta esančių narių. 8.2. Tikimybės skirstinio dėsniai, taikomi hidrologijojeAtsitiktiniai hidrologiniai dydžiai gali būti nutrūkstami (diskretiniai) arba nenutrūkstami (tolydiniai). Diskretiniais dydžiais vadinami kintamieji, kurie priklauso tam tikrai aibei ir gali būti iš eilės sunumeruoti. Skaičiavimuose dažniau naudojami nenutrūkstami kintamieji. Tokiems dydžiams priklauso vandens ir nešmenų debitas, vandens lygiai, greičiai ir t.t.8.2.1. Diskretiniai skirstiniaiApibūdina atsitiktinius reiškinius, kurie gali turėti tik du atvejus: įvyksta arba neįvyksta. Naudojami diskretinis binominis ir diskretinis binominis Puasono skirstiniai – trumpa duomenų eilė. P(m, )=m * c - / m!.8.2.2 Tolydiniai skirstiniaiTaikomi šie skirstiniai: tolydinis binominis, trijų parametrų gama, Gumbelio tikimybės skirstinys ir kt.. Pagal vieną iš šių skirstinių sudaryta teorinė tikimybės kreivė turi atitikti empirinių duomenų tikimybės kreivę. 8.3. Tikimybės kreivės sudarymas8.3.1. Empirinė tikimybės kreivėEmpirinė (faktinė) tikimybės kreivė – ryšio tarp nagrinėjamos hidrologinės charakteristikos reikšmių ir jų tikimybės grafikas. Nutrūkstamos eilės narių tikimybės skaičiuojamos pagal Krickio – Menkelio formulę: P= %, m – nario eilės nr, n – eilės narių skaičius. 8.3.2. Teorinės tikimybės kreivės parametrų nustatymasTeorinės tikimybės skirstinio kreivės parametrai – vidutinis aritmetinis vidurkis – , variacijos koeficientas Cv, ir asimetrijos koeficientas Cs – nustatomi pagal hidrologinių eilių duomenis 8.3.3. Tikimybės tinklaiAbscisių ašyje pažymimos tikimybės reikšmės P (dažniausiai %) , ordinačių ašyje – nagrinėjamo dydžio moduliniai koeficientai K arba hidrologinės charakteristikos reikšmės. 8.3.4 Empirinės ir teorinės tikimybės kreivės suderinimo analizė8.4. Hidrologinių duomenų homogeniškumo patikrinimas statistiniais metodais8.4.1. Bendros žiniosTeorinės tikimybės kreivės yra patikimos homogeniškiems ir vienas nuo kito nepriklausantiems stebėjimo duomenims. Todėl prieš sudarant tikimybės kreivę, būtina patikrinti ar hidrologiniai duomenys yra homogeniški. Pats elementariausias metodas, leidžiantis įvertinti duomenų homogeniškumą, yra genetinė nuotakio rėžimo ir jo formavimosi sąlygų analizė. 8.4.2 Stebėjimų eilių homogeniškumo analizės etapaiPagrindiniai etapai: iškeliama nulinė ir alternatyvioji hipotezės, parenkama reikšmingumo lygmuo ir kritinė sritis, aptvirtinama arba atmetama nulinė hipotezė. 9. Hidrologinių charakteristikų normatyvinės tikimybės9.1. Bendrieji atvejaiHidrologinių charakteristikų reikšmės, pagal kurias projektavimo (skaičiavimo) metu nustatomi hidrotechninių statinių struktūra, išdėstymas, matmenys, vadinamos projektinėmis. Projektinių hidrologinių charakteristikų reikšmė atitinka tam tikrą normatyvinę tikimybę, kuri glaudžiai susijusi su šių statinių optimalia kaina ir tam tikra garantija. 9.2. Įvairių hidrotechninių statinių ir vandens naudotojų poreikiams taikomos normatyvinės tikimybėsTiltai, pralaidos, vandens nutekėjimo nuo kelių įrenginiai, sausinimo sistemos pylimai – rekomenduojamos atitinkamos maksimalių debitų tikimybės. 10. Hidrologinių charakteristikų skaičiavimų metodai10.1. Hidrologinių charakteristikų skaičiavimas turint ilgalaikius stebėjimų duomenisTurint ilgalaikių stebėjimų duomenis, jų projektines charakteristikas galima nustatyti tiksliausiai. Apskaičiuotų hidrologinių charakteristikų tikslumas negali būti didesnis už pradinių duomenų tikslumą. Skaičiavimo tvarka sudarant faktinę (empirinę) ir teorinę tikimybių kreives: 1)įsitikinama, ar turima duomenų eilė (debitų) yra homogeniška.2)sudaroma statistinė eilė (nuo didžiausios iki mažiausios). 3)apskaičiuojama vidutinė aritmetinė reikšmė: Q0= . 3)apskaičiuojami kiekvienos statistinės eilės nario moduliniai koeficientai: K= . 5)apskaičiuojama kiekvieno statistinės eilės nario tikimybė procentais. 6)nustatomos variacijos Cv ir asimetrijos Cs koeficientų reikšmės. 7) braižoma teorinė tikimybės kreivė. Bet kokios tikimybės hidrologinių charakteristikų reikšmės apskaičiuojamos : Qp=Kp .(4 laboras).10.2. Hidrologinių charakteristikų skaičiavimas turint trumpalaikius stebėjimų duomenistrumpa duomenų eilė yra tokia, pagal kurią negalima atlikti tiesioginių skaičiavimų, bet ja naudojantis galima nustatyti ryšį tarp nagrinėjamosios upės ir upės analogo duomenų. (narių skaičius neviršija 10) Ryšiams tarp nagrinėjamosios upės ir upės analogo naudojama regresinė (koreliacinė) analizė. Būtina laikytis tokių sąlygų: n 10 –stebėjimo skaičius, r 0,7 – koreliacijos k., Kr2 – koreliacijos koeficiento patikimumas. 10.3 Hidrologinių charakteristikų skaičiavimas neturint stebėjimo duomenųJeigu duomenų eilė neviršija 1-2 metų arba visai neturima duomenų, nustatant hidrologines charakteristikas, naudojamasi fiziniais – geografiniais veiksniais. Pirmą grupę sudaro klimatiniai veiksniai – krituliai, išgaravimas, antrą grupę – baseino plotas, pelkėtumas, ežeringumas. Tada taikomas geografinis interpoliacijos metodas. Jį galima taikyti keliais būdais: rajonavimo, izolinijų ir empirinių formulių.11. Nuotakio norma11.1. Norminio debito ir nuotakio normos skaičiavimas turint ilgalaikius stebėjimų duomenisNorminis debitas – Q0 – metinio debito ilgalaikio periodo aritmetinis vidurkis. Q0= , Nuotakio norma W0– vidutinis daugiametis nuotakis (nuotakio tūris), kuris apskaičiuojamas norminį debitą padauginus iš metų trukmės (sekundėmis). Nuotakio norma išreikšta tūriu ir aukščiu: W0= Q0 (m3), h0= (mm). A – baseino plotas.(3 laboras)11.2. Norminio debito ir nuotakio normos skaičiavimas turint trumpalaikius stebėjimų duomenisŠiuo atveju duomenys turi būti pratęsiami. Tam naudojami ilgalaikių stebėjimų duomenys, gauti tos pačios upės baseine, tik kitoje vietoje. 11.3. Norminio debito ir nuotakio normos skaičiavimas neturint stebėjimo duomenųnuotakio debitas ir nuotakio norma nustatomi pagal izolinijų žemėlapį, pagal pasirinktą upę analogą ir vandens balanso lygtį. Turint izolinijų žemėlapį, tam tikros vietovės norminis debitas nustatomas: 1)žemėlapyje surandama vietovė, 2)nustatomos dvi gretimos izolinijos, einančios arčiausiai pasirinkto taško. 3)interpoliacijos būdu surandamas pasirinktas taškas, atitinkantis vidutinį norminį hidromodulį. 4)gautą hidromodulį padauginus iš baseino ploto, apskaičiuojamas norminis debitas ir nuotakio norma W0= Q0 . Nuotakio aukštį galima tiesiogiai nustatyti iš izolinijų žemėlapio. (5 laboras)12. Metų nuotakio pasiskirstymas12.1. Kalendorinio nuotakio pasiskirstymasdažniausiai skaičiavimai atliekami ne kalendorinių, bet vandens ūkio metų , kurie sutampa su vandeningo sezono pradžia. Vandens ūkio metais laikomas laikotarpis nuo kovo 1 iki kitų metų vasario 28 d. Pagal vandeningumą išskiriami 2 laikotarpiai: nelimituojantis periodas– pavasario sezonas ir limituojantis periodas, apimantis vasaros – rudens ir žiemos sezonus. 12.1.1. Metų nuotakio pasiskirstymo skaičiavimas naudojantis ilgalaikiais stebėjimų duomenimisMetodai: 1)vidutinis fiktyvusis nuotakio pasiskirstymas metų laikotarpiu – apskaičiuojami kiekvieno mėnesio debito aritmetiniai vidurkiai. 2)tipinis hidrografas – išrenkami būdingi hidrologinių fazių taškai, nustatoma vidutinė jų data ir vidutinė debito reikšmė. 3)Komponavimo metodas. 4)Realiųjų metų hidrografas – duomenų eilė ne mažesnė kaip 20-25 metai. 12.1.2. Metų nuotakio pasiskirstymo skaičiavimas neturint stebėjimų duomenųGalimi 3 būdai: 1)hidrologinių analogų metodas – laikomas tiksliausiu. Parenkama upė analogas, turinti ilgalaikius stebėjimo duomenis. 2)Tipinių schemų metodas . 3) Izolinijų metodas12.2. Debitų trukmių kreivėViena iš nuotakio pasiskirstymo charakteristikų yra debitų trukmių kreivė. Ji braižoma sprendžiant įvairius praktinius klausimus, susijusius su hidroenergetika, drėkinimu ir t.t. Pagal vidutinę metų paros debitų trukmių kreivę nustatomas hidroelektrinės projektinis debitas, turbinų skaičius, įvertinamas gamtosauginis debitas. 12.2.1. Paros debitų trukmių kreivės sudarymas turint stebėjimų duomenisEiga tokia: pasirenkamas patogus vandens debitų reikšmių intervalas, reikšmės surašomos mažėjimo tvarka, apskaičiuojami šių debitų intervalų dažniai, suminiai dažniai (kumuliatyvinis dažnis), kumuliatyvinis dažnis išreiškiamas procentais. 12.2.2 Paros debitų trukmių kreivės sudarymas neturint stebėjimų duomenisDu metodai: 1)analogijų –parenkama upė analogas, kuri turi ilgą stebėjimų duomenų eilę ir 2) Analitinis13. Maksimalių debitų ir vandens lygių skaičiavimas13.1. Bendrieji atvejaiMaksimalių debitų skaičiavimo formules galima suskirstyti į 4 grupes: redukcinės, ribinio intensyvumo, tūrinės, hidrodinaminės. Pirmosios dvi aprašo tik maksimalią potvynio ordinatę (debitą). Tūrinė ir hidrodinaminė apima visą potvynio eigą ir jo tūrį. Pirmos trys grupės paprastesnės, praktikoje dažniau naudojamos. 13.2 Pavasario potvynių maksimalių debitų skaičiavimas neturint stebėjimų duomenųPavasario potvynių maksimalūs debitai, kai 1A20000 km2. Rekomenduojama skaičiuoti pagal redukcinę formulę – maksimalus debito modulis mažėja didėjant baseino plotui. Qp =qp * A= K0 hp% A/ (A+1)n13.3. Vasaros – rudens maksimalių debitų skaičiavimas neturint stebėjimų duomenųUpių baseinų, kurių A 50 km2 maksimalūs momentiniai lietaus ir liūčių poplūdžių debitai gali būti apskaičiuojami pagal ribinio nuotakio intensyvumo formulę. Ši formulė pagrįsta efektyvių kritulių įvertinimu. Qp = q1% h1% p A.13.4. Urbanizuotų teritorijos liūčių maksimalių debitų skaičiavimasMiestų, gyvenviečių, industrinių centrų lietaus kanalizacijos vamzdynų maksimalūs liūčių debitai skaičiuojami panaudojant ribinio lietaus intensyvumo formulę. Qr = h201.2 A / tr1.2 n -1 .13.5 Potvynių projektinių hidrografų sudarymasPotvynių projektinių hidrografai sudaromi prognozuojant būsimą potvynį, projektuojant tvenkinius, įvaitius apsaugos nuo potvynių statinius ir pan. 13.5.1. Balansiniai ir hidrauliniai – hidrodinaminiai metodairemiasi pateikta schema, sudaryta pagal vandens tūrių balanso lygtį. Q – q = dV / dt.13.5.2 Analogijos metodaijis gali būti taikomas turint ilgas arba trumpas nagrinėjamos upės duomenų eiles. 13.5.3 Analitinių išraiškų metodasŠis būdas taikomas neturint potvynių matavimo duomenų.
13.6 Maksimalių vandens lygių skaičiavimasMaksimalūs vandens lygiai reikalingi parenkant įvairių pramonės objektų gyvenviečių išplanavimo vietą, projektuojant vandens ėmimo įrenginius ir panašiai. Būtina nustatyti p % tikimybės maksimalų vandens lygį, jų trukmes, patvenkimo arba užliejimo trukmes13.6.1. Vandens lygių skaičiavimas naudojantis ilgalaikiais stebėjimų duomenimisProjektiniai maksimalūs vandens lygiai, turint stebėjimų duomenis, nustatomi įprastais metodais, sudarius tikimybės kreivę. 13.6.2 Vandens lygių skaičiavimas neturint stebėjimų duomenų
Laisvos vagos maksimalių vandens lygių reikšmės nustatomos pagal maksimalų p % tikimybės debitą ir nagrinėjamos upės debitų kreivę Q=f(H).14. Minimalaus nuotakio skaičiavimasTai viena iš svarbesnių, bet sunkiausiai nustatomų hidrologinių charakteristikų. Lietuvos upės būna du nuotakio minimumai: šiltasis – vasaros – rudens, ir šaltasis arba žiemos laikotarpiai. 14.1. Minimalių debitų skaičiavimas naudojantis ilgalaikiais ir trumpalaikiais stebėjimų duomenimis30 parų iš eilės nagrinėjamos upės minimalus nuotakis nustatomas: braižomi stebėtų metų hidrografai, kiekviename hidrografe išrenkamas 30 parų iš eilės trukęs minimaliausias debitų laikotarpis, apskaičiuojamas išrinktų laikotarpių vidutinis 30 parų debitas. Minimalių debitų empirinės tikimybių kreivės parametrai apskaičiuojami įprastais metodais. 14.2. Minimalių debitų skaičiavimas neturint stebėjimų duomenųMinimalaus debito charakteristikos nustatomos pagal empirines formules arba pagal izolinijų žemėlapius. 15. Pagrindinių hidrologinių charakteristikų perkėlimas į kitą skerspjūvįHidrologinius duomenis tenka perkelti į kitą vietą dėl to, kad vandens matavimo posto vietos dažniausiai su hidrotechnikos statinių statybos vietomis nesutampa. Dažnai tenka perkelti iš vienos vietos į kitą debitus, vandens lygius ir debitų kreives. 15.1 Debitų perkėlimasVidutiniai metų ir daugiamečiai debitai iš vienos vietos į kitą perkeliami pagal baseinų plotų proporcingumo santykį: , Q1- debitas hidrotechninio statinio statybos vietoje, Q2- debitas vandens matavimo poste, A1- baseino plotas ties statybos vieta, A2- baseino plotas ties matavimo postu. Maksimalių pavasario – rudens laikotarpio debitų perkelti negalima, nes maksimalūs hidromoduliai didėjant baseino plotams mažėja. 15.2 Vandens lygių perkėlimasVandens lygius iš vienos vietos į kitą galima perkelti tik sudarius būdingų lygių grafikus. Priklausomai nuo esamų stebėjimo duomenų laisvos upės vagos maksimalūs vandens lygiai aukštyn ar žemyn pagal upės tėkmę perkeliami šiais būdais: pagal debitų kreivę Q=f(H), pagal nuolydį arba išilginį vandens paviršiaus profilį. 15.3 Debitų kreivės perkėlimasDebitų kreives, kaip ir vandens lygius, iš vienos vietos į kitą perkelti galima tik nedideliais atstumais pagal nuolydį. 16. Garavimo ir nešmenų nuotakio skaičiavimas16.1 . Bendri garavimo skaičiavimo principaiGaravimas – viena iš svarbiausių ir sunkiausiai įvertinimų vandens balanso elementų. Garavimą būtina įvertinti projektuojant ir eksploatuojant tvenkinius. Garavimo reikšmės apskaičiuojamos pagal hidrologinius, meteorologinius elementus, kurie nustatomi ir išmatuojami pakankamai tiksliai ir apibūdina baseiną kaip jo vidutinės reikšmės. Dažniausiai garavimo skaičiavimo laiko intervalas – vienas mėnuo. Skaičiuojant garavimą nuo vandens telkinių, dažniausiai įvertinama metinio garavimo reikšmė, o pagal iš anksto žinomą jo procentinį pasiskirstymą, apskaičiuojamos mėnesio garavimo reikšmės. Garavimo reikšmės apskaičiuojamos pagal vandens balanso lygtį, pagal izolinijų žemėlapį, taikant empirines formules. 16.2 Baseino suminio garavimo skaičiavimasVandens balanso metodas: jis yra etalonas garavimo empirinių išraiškų rezultatams palyginti. Vidutinė daugiametė suminio garavimo reikšmė mm gali būti apskaičiuota kaip metų kritulių ir nuotakio normų skirtumas. Izolinijų metodas: remiantis vandens balanso lygtimi apskaičiuotos vidutinio daugiamečio garavimo reikšmės ir sudaromas izolinijų žemėlapis. Empirinės formulės: jos nėra tikslesnės nei minėti metodai. 16.4. Nešmenų nuotakio skaičiavimaiVieni iš sudėtingiausių. Jų nustatymo tikslumas gana mažas. Nešmenys būna dugniniai ir kybantys, ypač sunku nustatyti dugninius. 17. Hidrologiniai matematiniai modeliai17.1 Matematinio modelio samprataMatematinis nuotakio modelis – tai matematinių ir loginių ryšių visuma, pagal kuriuos nustatomi kokybiniai ryšiai tarp nuotakio charakteristikų ir juos formuojančių veiksnių. Sudarant matematinius modelius, didžiausią reikšmę turi stebėjimo duomenys, o teorinė informacija naudojama kaip papildoma medžiaga. Panaud: 1)operatyviojoje hidr. 2)H2O ištekliams planuoti. 3)mokslinėje paieškoje.17.2. Hidrologinių modelių tipai, klasifikacija ir panaudojimasvisus matematinius hidrologinius modelius galima suskirstyti į 2 grupes: determinuotieji, besiremiantys genetiniu nuotakio analizės metodu, t.y. ieškantys šio reiškinio priežasčių, stochastiniai, atspindintys nuotakio ir jį formuojančių veiksnių tikimybinę prigimtį. Dažniau naudojami determinuotieji. Hidrologiniai modeliai naudojami prognozėms, planavimui, projektavimui ir panašiai. 17.3 Hidrologinių sistemų identifikavimo metodaiIdentifikacijos uždavinys – ne tik sudaryti modelio struktūrą, bet ir nustatyti modelio parametrus. 17.4 Sutelktų parametrų modeliaigali būti tiesiniai arba netiesiniai. Tiesinio modelio esmė glūdi beveik visuose nuotakio hidrografo skaičiavimo metoduose. Jiems galioja superpozicijos principas. Pats paprasčiausias sutelktų parametrų netiesinis modelis yra lygtis, apibūdinanti vandens debitų ir tūrių ryšį. 17.5 Sudėtiniai konceptualiniai modeliaitai determinuotieji sutelktų parametrų modeliai. 17.6 Pasiskirsčiusių parametrų modeliaiŠie modeliai pagrįsti teoriškai, turi mažiau prielaidų negu sutelktų parametrų modeliai. Jų pagrindinis privalomumas – gerai apibūdinti hidrologiniai procesai. 18. Stochastinė hidrologijaAnalizuoja hidrologinius procesus tikimybių teorijos metodais. Daugiausia jis siejamas su laiko funkcija.