slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
C SAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS PowerPoint Presentation
Download Presentation
C SAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 26

C SAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS - PowerPoint PPT Presentation


  • 192 Views
  • Uploaded on

C SAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS. VÍZGYŰJTŐK HIDROLÓGIAI KÖRFORGÁSA. Vízgyűjtő hidrológia. Napsugárzás. Evapotranspiráció. Tározás. Csapadék. Felszíni lefolyás. Talaj zóna. Tározás. Beszivárgás. Tározás. Interflow. Telítetlen zóna. Átszivárgás. Párolgás. Tározás.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'C SAPADÉK, BESZIVÁRGÁS, FELSZÍNI LEFOLYÁS' - lumina


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide2

VÍZGYŰJTŐK HIDROLÓGIAI KÖRFORGÁSA

Vízgyűjtő hidrológia

Napsugárzás

Evapotranspiráció

Tározás

Csapadék

Felszíni lefolyás

Talaj zóna

Tározás

Beszivárgás

Tározás

Interflow

Telítetlen zóna

Átszivárgás

Párolgás

Tározás

Talajvíz-párolgás

Sekély víztartó

Utánpótlódás

Tározás

Alaphozam

Vízzáró rtg.

Mély víztartó

Leszivárgás

Tározás

slide3

CSAPADÉK

  • A légköri nedvesség kondenzációjával keletkezik (halmazállapot váltás)
  • Légnedvesség forrása: óceánok, tengerek, édesvizek, talajok párolgása
  • A vízpára tározásnak maximuma van (telítési páranyomás)
  • A telítési páranyomás túllépése esetén a felesleges vízpára mennyiség kicsapódik
  • A kondenzáció feltételei: kondenzációs mag jelenléte, a levegő lehűlése, a vízcseppek megnövekedése, elegendő sűrűség kialakulása
  • A levegő lehűlését a természetes hőmérsékletváltozás vagy a légtömegek vertikális mozgása okozza
  • Hőmérsékleti ingadozás: köd, pára, harmat
  • Légtömegek felemelkedése: lehűlés, a telítési páranyomás kisebb lesz, túltelítettség alakul ki, a felesleg kicsapódik (eső, hó)
  • Elmozdulás adiabatikus hőmérséklet-változással jár (0,7-1 °C / 100 m)
  • Elmozdulás oka: meteorológiai jelenségek (front, hegyvidékbe ütközés, ciklon)
slide4

CSAPADÉK

Összegzett

magasság [mm]

Csapadék magasság

Intenzitás [mm/h]

Csapadék intenzitás

Intenzitás

[mm/h]

Időtartam [h]

Idő [h]

Idő [h]

  • Csapadékmagasság: adott időtartam alatt lehullott összes csapadékmennyiség
  • Csapadékintenzitás: időegység alatt lehullott csapadékmennyiség
  • Maximális intenzitás: rendszerint rövid időtartamú csak
  • Időbeli átlagolás: intenzitás – időtartam görbe (adott intenzitás milyen hosszan tart időben; sok adat esetén elemzés, gyakorisági görbék szerkesztése)
  • Tervezési mértékadó csapadék: diffúz szennyezések esetén közepes csapadékokra terveznek: 10-40 mm/esemény, 1-5 éves gyakoriság
slide5

FELSZÍNI LEFOLYÁS

  • A csapadék „maradéka”, amely az összes felszíni veszteség után rendelkezésre áll a lefolyás számára
  • Felszíni veszteségek: növényzet intercepciója, felszíni mélyedések feltöltődése, beszivárgás a talajba
  • Csak a nettó vagy többlet csapadék képes felszíni lefolyást generálni
  • Rendszerint csak a közepes és nagy intenzitású csapadékesemények okoznak lefolyást a felszínen
  • Gyakran ez a lefolyáskomponens a legszennyezettebb, oldott és partikulált formákat egyaránt szállít
  • Intercepció: csapadékintenzitás, növényzettípus-, sűrűség, és növekedési szakasz függő, maximuma van a tározási kapacitásának
  • Tározott mennyiség: a csapadékesemény után elpárolog
  • Mélyedések: terepviszonyok és lejtés függvénye, maximuma van
  • Tározott mennyiség: beszivárog, ill. a csapadékesemény után elpárolog
slide6

FELSZÍNI LEFOLYÁS

C lefolyási tényezők módszere

Q: csapadéktöbblet [mm]

P: teljes csapadékmennyiség [mm]

Si: intercepciós tározás [mm]

Sd: tározás a mélyedésekben [mm]

Θ: aktuális nedvességtartalom [-]

Θs: porozitás [-]

Cpot = fv (talajtípus, területhasználat, lejtés)

Cakt

0.8

Cpot=0.8

Cpot=0.5

0.4

Cpot=0.2

Θ/Θs

0.5

1.0

slide7

HÓOLVADÁS

  • Északi éghajlatokon jelentős hófelhalmozódás alakulhat ki az alacsony hőmérsékletek miatt
  • A késő téli / kora tavaszi felmelegedések során a hó formájában tárolt vízmennyiség felszíni lefolyás formájában a befogadókba kerülhet
  • A felső talajrétegek ekkor még fagyott állapotúak, ezért a beszivárgási ráta kicsi, a lefolyás nagy árhullámokat eredményezhet

Egyszerű hóolvadási módszer:

S: akkumulált hómennyiség víztartalma [mm]

P: csapadékmennyiség (hó) [mm/d]

DC: napi olvadási ráta [mm/d/°C]

Tatm: léghőmérdséklet [°C]

Tthr: hó-eső küszöbhőmérséklet [°C]

slide8

BESZIVÁRGÁS

  • Mértéke a talaj hidraulikai vezetőképességének, a talaj nedvességtartalmának, a növénytakaró típusának, a hőmérsékletnek függvénye
  • A vezetőképesség a talaj fizikai típusának, kémiai összetételének függvénye
  • Homoktalajok nagy, agyagok kis beszivárgási rátával rendelkeznek
  • A tározási kapacitás szintén talajtípus-függő, négy nevezetes tározási érték használatos különböző nedvességi állapotok mellett
  • 1. Telített állapot (porozitás)
  • 2. Víztartalom 0.3 bar kapilláris feszültség mellett (vízkapacitás)
  • 3. Víztartalom 15 bar kapillárisfeszültség mellett (hervadáspont)
  • 4. Maradék víztartalom (nem távolítható el)
  • 1-2: szivárgás számára rendelkezésre álló vízmennyiség
  • 2-3: csak a növényi transzspiráció számára elérhető vízmennyiség
  • 3 alatt: növények által már nem felvehető víztartalom, csak párolgás lehet
slide10

BESZIVÁRGÁS

  • A beszivárgási folyamat kezdetén az intenzitás nagy, a gravitáció és a kapilláris szívás egyaránt kifejti a hatását
  • Később a pórusok telítődésével a kapilláris erők csökkennek, a talaj felső rétege telítődik, a beszivárgási ráta lecsökken a telítési vezetőképességre
  • A felső telített réteg alatt a nedvességtartalom a mélységgel egyre jobban csökken, a belépő víz gyorsan szétosztódik a talajzónában

Horton-féle infiltrációs formula:

f(t): beszivárgás t időköz alatt [cm/h]

fc: telített vezetőképesség [cm/h]

f0: kezdeti (maximális) szivárgási ráta [cm/h]

k: szivárgási sebesség csökkenési rátája [1/h]

A teljes beszivárgó vízmennyiség:

F: teljes beszivárgás T időköz alatt [cm]

slide11

BESZIVÁRGÁS

f

HOMOK

VÁLYOG

AGYAG

t

Többlet vagy nettó csapadék:

Rs: többlet csapadék [mm]

Si: intercepciós veszteség [mm]

Sd: veszteség a feltöltődések miatt [mm]

F: beszivárgás [mm]

slide12

TALAJPROFIL VÍZHÁZTARTÁSA

  • A vízgyűjtőrendszer legfontosabb tározótere a telítetlen talajzóna
  • A tárolt nedvességtartalom a beszivárgási rátát, a felszíni lefolyás mértékét, az evapotranszspirációt, a hidraulikai vezetőképességet egyaránt meghatározza (visszahatásokkal együtt)
  • Telített és telítetlen vízmozgások egyaránt történnek benne

D: talajprofil vastagsága [mm]

Θ: nedvességtartalom a talajprofilban [-]

F: beszivárgás [mm]

ET: aktuális evapotranszspiráció [mm]

PERC: vertikális elszivárgás a talajprofilból [mm]

INT: laterális elszivárgás a talajprofilból [mm]

slide13

EVAPOTRANSZSPIRÁCIÓ

  • Az intercepció, a mélyedésekben tárolt víz párolgása, növényi transzspiráció és a talajprofil vagy vízfelszín párologtatása együttesen, nedvességtartalom csökkenést eredményez (atmoszféra felé)
  • Felszíni lefolyásra közvetlenül nincs nagy hatással
  • A talajprofil nedvességtartalmára jelentős hatást gyakorol, következésképp az aktuális beszivárgási rátát közvetlenül meghatározza
  • Potenciális értéke ideális növényfejlődés és nedvességtartalom feltételezése mellett számítható a meteorológiai jellemzőkből
  • Aktuális értéke a növénytakaró típusától, a növekedési szakasz állapotától, az aktuális nedvességtartalomtól függ
  • A vízkapacitás feletti víztartalom esetén az evapotranszspiráció értéke a maximálishoz közeli
  • A hervadáspont alatti víztartalom esetén transzspiráció már nem lehetséges, a felszínhez közel párolgás előfordulhat
slide14

POTENCIÁLIS EVAPOTRANSZSPIRÁCIÓ

Penman-féle formula:

PET: potenciális evapotranszspiráció [m]

Δ: a telítési páranyomás-görbe meredeksége adott hőmérsékleten [kPa/°C]

Rn: a nettó sugárzás [MJ/m2]

G: a talaj hőkibocsátása [MJ/m2]

γ: a pszichrometriai konstans [kPa/°C]

T: léghőmérséklet [°C]

u2: szélsebesség 2 m-re a talajfelszíntől [m/s]

es: a telítési páranyomás a levegőben adott hőmérsékleten [kPa]

ea: az aktuális páranyomás a levegőben [kPa]

Δ, G, γ, es, ea = fv (meteorológiai adatok)

slide15

AKTUÁLIS EVAPOTRANSZSPIRÁCIÓ

Intercepció:

Ei: intercepció [mm]

P: csapadékmennyiség [mm]

SIakt: lombkorona tározás [mm]

PET: potenciális evapotranszspiráció [mm]

Párolgás a mélyedésekből:

Ed: párolgás a mélyedésekből [mm]

SDakt: tározás a mélyedésekben [mm]

slide16

AKTUÁLIS EVAPOTRANSZSPIRÁCIÓ

Aktuális evapotranszspiráció (talaj párolgás és transzspiráció):

ET/(cv∙PET-Ei-Ed)

ET: aktuális evapotranszspiráció [mm]

Θakt: aktuális nedvességtartalom [mm]

Θf: nedvességtartalom a vízkapacitásnál [mm]

Θw: nedvességtartalom a hervadáspontnál [mm]

cv: növényfejlettségtől függő paraméter [-]

1

0

Θf

Θ

Θw

Θs

slide17

SZIVÁRGÁS A TALAJPROFILBÓL

  • Akkor indul meg, ha a talajprofil nedvességtartalma a vízkapacitás felett van, a többlet mennyiség ekkor a szivárgás számára rendelkezésre áll
  • A vízmozgást ekkor a gravitációs erők hajtják (nagyobbak a kapilláris erőknél)
  • Oldható szennyezőanyagok legjellemzőbb transzportútvonala, a talajvíz utánpótlódását jelenti
  • A szivárgó vízmennyiség a hidraulikus gradienssel arányos (Darcy törvény)
  • A hidraulikai vezetőképesség a nedvességtartalom függvénye, minél nagyobb a nedvességtartalom, annál nagyobb a vezetőképesség

qz: fajlagos vízhozam [m3/m2/s]

H: piezometrikus (teljes) nyomásszint [m]

C(h): vízkapacitás [1/m], C=∂Θ/∂h

h: nyomásmagasság [m]

K: effektív hidraulikai vezetőképesség Θ nedvességtartalomnál [m/s], K = fv (Θ)

Θ: aktuális nedvességtartalom [-], Θ = fv(h)

1D Richards’ egyenlet:

slide18

SZIVÁRGÁS A TALAJPROFILBÓL

Utánpótlódás (dH/dz≈0)

RG: talajvíz-utánpótlódás [mm]

Ks: telített hidraulikai vezetőképesség [mm/h]

Θakt: aktuális nedvességtartalom [mm]

Θres: maradék nedvességtartalom [mm]

Θs: porozitás [mm]

B: pórusméret eloszlási index a talajban [-]

1.0

Kakt/Ks

HOMOK

VÁLYOG

0.5

AGYAG

(Θakt-Θres)/(Θs-Θres)

1.0

0.5

RI: laterális lefolyás [mm]

D: talajprofil mélysége [m]

S: lejtés [-[

W: lejtőszakasz hossza [m]

cs: talajtípustól függő paraméter [-]

Interflow: (dH/dz≈S)

slide19

FELSZÍNI LEFOLYÁS TOVÁBBÍTÁSA

  • A generált nettó csapadék felszínen történő lefolyásának végigkövetése a terepen ill. a mederben
  • Ennek eredménye a vízfolyás hálózat tetszőleges pontján keletkező vízhozam- idősor
  • A lefolyás rendszerint időben dinamikus, térben változó, mélysége kicsi, sebessége lassú (mederben gyorsabb, szintén nem-permanens)
  • Az árhullám a csapadékeseményhez képest késve jelentkezik a terepi összegyülekezési idő és a mederbeli levonulási idő miatt
  • A vízmozgás leírása a St. Venant-féle hidrodinamikai egyenletek közvetlen felhasználásával, vagy az ún. egységárhullámkép módszerével történik
  • A megoldás sok esetben csak numerikus úton történhet, nincs analitikus megoldás (elhanyagolások a St. Venant egyenletben)
  • A megoldás során a vízhozam a mélység és terep- / medergeometriai jellemzők alapján számolható (Manning képlet)
slide20

HIDRODINAMIKAI EGYENLETEK

Vízhozam-összefüggések:

Dinamikus hullámegyenlet

n: Manning-féle érdességi tényező [-]

A: fajlagos keresztszelvény-terület [m2/m]

R: hidraulikai sugár [m]

α, m: terepi- / mederparaméterek

Diffúziós hullámegyenlet

h: vízmélység [m]

Q: fajlagos vízhozam [m3/s/m]

u: hosszirányú vízsebesség [m/s]

g: gravitációs gyorsulás [m/s2]

S0: terep- / mederesés [-]

Sf: energiavonal esése [-]

q: fajlagos oldalirányú hozzáfolyás [m3/s/m/m]

Kinematikai hullámegyenlet

slide21

EGYSÉGÁRHULLÁMKÉP

  • Egységárhullámkép: vízgyűjtő hidrológiai válasza a gyors csapadékeseményre
  • A teljes csapadékot azonos időtartamú egységcsapadékokra bontják, ezekhez rendelik az azonos alakú egységárhullámképet, majd a görbéket összegzik

Egységárhullámkép általános egyenlete:

Q: vízhozam a lefolyási útvonal végén [m3/s]

U: egységárhullámkép-függvény [1/s]

V: nettó csapadék / lefolyás mennyisége a lefolyási útvonal kezdetén [m3]

τ: késleltetési idő [s]

U

V

Q

t

t

τ

slide22

EGYSÉGÁRHULLÁMKÉP

  • Egységárhullámkép meghatározása csapadékmagasság-vízhozam mérések alapján történhet
  • Matematikailag levezethető a hidrodinamikai egyenletek közelítő megoldásával

Pl. a diffúziós hullámegyenlet alapján:

c: kinematikai hullámsebesség [m/s]

d: diszperziós tényező [m2/s]

n: Manning-féle érdességi tényező [-]

R: hidraulikai sugár [m], S: terepesés [-]

slide23

SEKÉLY VÍZTARTÓK

  • Telített tározótér, amely közvetlen kapcsolatban áll a telítetlen zónával
  • Alsó határa egy rossz vízáteresztő képességű geológiai réteg, felső határa az atmoszferikus nyomásszintű „talajvízszint”
  • Alatta több mélyebb víztartó lehet, amelyek nyomás alatti vízterek
  • A folyadékáramlás telített vízmozgás, sebessége lassú, a víz tartózkodási ideje hosszú, a geológiai környezet függvénye
  • Utánpótlódását a talajból leszivárgó víz és a felszíni vizekből esetenként érkező vízmennyiség biztosítja
  • A rendszer vesztesége a felszíni vizekbe irányuló vízmozgás, a talajvízpárolgás és a kismértékű leáramlás a mélyebb rétegek felé
  • Csapadékmentes időszakok esetén a felszíni vizek egyetlen természetes vízutánpótlását adja (alaphozam)
  • Mély talajvízszintek esetén nem képes a felszíni vizeket táplálni, így azok szárazidőszakban kiszáradhatnak
slide25

TALAJVÍZ-ÁRAMLÁS

3D Richards’ egyenlet a telített zónában:

S(H): fajlagos tározás [1/m], S=∂Θ/∂H

H: piezometrikus nyomásszint [m]

Kx, Ky,Kz:telített hidraulikai vezetőképesség a különböző irányokban [m/s]

Alaphozam-meghatározás részvízgyűjtő-lépték esetén:

Qgw: az alaphozam [mm]

αgw: alaphozam csökkenési rátája [1/s]

RG: talajvíz utánpótlódása [mm]

Qgw,0: az alaphozam kezdeti értéke [mm]

slide26

Q

Qs

Qi

Qss

Qrb

Qsb

t

VÍZHOZAM-IDŐSOR

  • Vízgyűjtőterületek hidrológiai válaszreakciója a meteorológiai eseményekre
  • Az idősorból az egyes lefolyáskomponensek szeparálhatóak