Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Univerzita Pavla Jozefa Šafárika / Prírodovedecká fakulta / Hydrografia

Klíma Hydrografie (klima_hydrografia.doc)

Hydrografia

Základné hydrologické a hydrogeografické jednotky

Voda, ktorá spadne na zemský povrch v podobe zrážok, steká pôsobením gravitácie v smere najväčšieho spádu, a to najprv

1. neorganizovane po ploche svahov v podobe ronu a
2. potom v mnohých stružkách, ktoré sa postupne spájajú.

Sústredeným odtokom v ryhách a žliabkoch vytvorených eróznou činnosťou vznikajú zdrojnice. Tieto sa sústreďujú v pozdĺžnych zníženinách, ktoré sú

1. geologického pôvodu (výsledok tektonickej činnosti) alebo sú
2. výsledkom dynamického pôsobenia vody resp. ľadovcov (erózna činnosť),
3. v niektorých prípadoch vznikajú chemickou činnosťou.

V zníženinách vytvára sústredene tečúca voda korytá a tak vznikajú potoky a rieky.

Rieka ako hlavný tok s celým súhrnom tokov, ktoré sa do nej vlievajú a ktoré označujeme ako jej prítoky, nazýva sa riečna sústava.

Územie, z ktorého riečna sústava odvádza vodu je teda povodie hlavnej rieky systému.

Povodie je územie, z ktorého odteká voda z atmosférických zrážok alebo akumulovaná v ľadovcoch a v trvalej snehovej pokrývke povrchovou a podpovrchovou cestou do rieky.

Povodie je vymedzené rozvodnicou. Rozsah povodia s povrchovým odtokom (hydrologická rozvodnica) obyčajne súhlasí s rozsahom povodia s podzemným odtokom (hydrogeologická rozvodnica). Len v prípade zložitejšej geologickej stavby rozvodnej časti povodia môže voda pritekať podzemnou cestou z orografického povodia susednej rieky alebo naopak do neho vtekať. Najväčšie úniky alebo prítoky vody nastávajú obyčajne cez skrasovatelé vápence.

Na obrázku je zrejmé zvrstvenie podložia ako aj sklon jednotlivých vrstiev. Šípkou je znázornený smer odtekajúcej ale aj pritekajúcej podpovrchovej vody do povodia vodného toku.

Riečne sústavy určitej krajiny alebo geografického celku tvoria jeho riečnu sieť.

Riečna sieť

                                        zdroj

rameno delty

zdrojnica

zdrojnica

sihoť – ostrov

mŕtve rameno

estuár

ústie

delta

sútok

Začiatok rieky sa nazýva prameň toku. Môže ním byť výver alebo výtok podzemnej vody (prameň), sútok dvoch zdrojníc, ľadovec, jazero alebo barina, z ktorého rieka vyteká. Miesto, kde rieka vteká (resp. kde sa vlieva) do inej rieky, do jazera alebo do mora, nazýva sa ústie toku. Niektoré toky najmä v suchých oblastiach a v krase, zanikajú prv, než by sa vliali do iného toku alebo vodojemu.

Vzdialenosť ústia od prameňa, meraná na strednici (čiara spájajúca body ležiace v rovnakej vzdialenosti od oboch brehov), nazýva sa dĺžka toku. Dĺžku toku meriame od ústia, pričom za začiatok volíme priesečník stredníc hlavnej rieky a prítoku alebo priesečník strednice s vodorysom rieky, jazera alebo mora, do ktorých sa tok vlieva. Vzdialenosti merané od tohto začiatku po strednici smerom k prameňu označujeme ako staničenie. Dĺžka toku a teda aj staničenie sú hodnoty nestále, premenné, lebo sa menia činnosťou rieky. Tok sa predlžuje posunutím prameňa rieky smerom k rozvodnici spätnou eróziou alebo vytváraním nových zákrut (meandrovaním) a skracuje sa vylúčením jestvujúcich zákrut (zaškrtenie meandra), ako aj umelými zásahmi človeka do riečnej trasy (úpravy tokov). Pri prirodzených zmenách hovoríme o vývine trasy a stupeň vývinu charakterizujeme pomerom dĺžky spojnice počiatočného a konečného profilu skúmaného úseku k jeho skutočnej dĺžke.

Meander rieky Mississippi (J od St. Louis) – nížinná šija,                Meander rieky Saara (pri Mettlachu v Sársku) je tvorená sedimentami rieky – pretrhnutie šije je otázkou                tvorený odolnými horninami – pretrhnutie šije kráteho času.                                                                        meandra nie je aktuálne.

Príklad spätnej erózie spojenej s riečnym pirátstvom.  Dĺžky riek daného systému znázorňujeme graficky zvyčajne v schéme riečneho systému alebo v schematickom pozdĺžnom profile.

Riečny systém úzko súvisí s geologickou stavbou povodia a so štádiom vývoja jeho reliéfu. Výsledkom tejto dlhotrvajúcej činnosti je vznik údolnej siete, t.j. sústavy dlhých zníženín s jednostranným súvislým sklonom, v ktorých najnižšími miestami odteká voda potokmi a riekami do iného toku, jazera alebo až do mora, pričom vytvára systém čiže sústavu riek. Smery recipientu a jeho prítokov sa určujú smerom zlomov a puklín, usporiadaním vrás a rozličnými pohybmi zemskej kôry, odolnosťou hornín a napokon aj eróznou činnosťou vody. Najjednoduchší útvar riečnej sústavy býva v malom povodí odvodňovanom jediným tokom, ktorého koryto tvorí údolnú os povodia. Zložitejšia riečna sústava sa vytvára v rozsiahlejších povodiach, ktoré sú zložené z mnohých väčších i menších čiastkových povodí, skláňajúcich sa a otvorených smerom k hlavnému údoliu. Tok, ktorý tečie týmto údolím, označujeme za hlavný tok povodia.

Hlavný tok a jeho prítoky sú rozlične usporiadané, pričom môžeme vyčleniť niektoré charakteristické typy riečnej siete. Typické je stromovité usporiadanie riečnej sústavy, pri ktorom sa približne rovnaké prítoky z obidvoch strán dosť pravidelne striedajú alebo na jednej strane prevládajú. V prvom prípade hovoríme o sústave symetrickej, v druhom o asymetrickej. Sútokom tokov rovnakého stupňa sa niekedy vytvára vejárovitý systém riečnej siete. Na úpätí pohorí v pahorkatinách vznikla často sústava paralelná, keď riečne údolia a ich oddeľujúce chrbty smerujú rovnobežne v približne rovnakých vzdialenostiach. Ďalším typom riečnej siete sú sústavy: perovitá, radiálna, pravouhlá a anulárna.

Charakteristika morfometrických a morfologických parametrov vodných útvarov

Vodný útvar – trvalé alebo dočasné sústredenie vody na zemskom povrchu alebo v zemskej kôre, charakterizované typickými formami výskytu a znakmi hydrologického režimu.

Vodný tok – vodný útvar, pre ktorý je charakteristický stály alebo dočasný pohyb vody v koryte v smere celkového sklonu a ktorý je napájaný z vlastného povodia alebo iného vodného útvaru.

Stály tok – vodný tok, v ktorom voda prúdi väčšiu časť roka.

Občasný tok - vodný tok, v ktorom voda prúdi menšiu časť roka.

Analýzou základných morfometrických, resp. morfologických charakteristík vodných útvarov získavame prvotnú predstavu o danom útvare. V prípade vodného toku za morfometrické charakteristiky považujeme:

1. Rád toku, resp. hydrologické poradie toku

2. Plochu povodia (F)

3. Dĺžku toku (resp. údolia) (L)

4. Hustotu siete vodných tokov (r)

5. Priemerný sklon povrchu povodia (iF)

6. Sklon toku (iT)

7. Spád toku (H1- H2)

8. Priemernú nadmorskú výšku povodia

9. Lesnatosť povodia (δL)

Rád toku, stream order

1. číslo udávajúce počet postupných zaústení vodných tokov od mora. Vodný tok ústiaci do mora je prvého, to znamená najvyššieho rádu. Rád vodného toku sa označuje rímskymi číslicami (toky s vyššími číslicami sú nižšieho rádu). Napríklad Váh je tok II. rádu, lebo ústi do Dunaja (t. j. do toku I. rádu), a ten do mora.                                                                                                                      

Tento typ klasifikácie označujeme ako klesajúcu klasifikáciu. Používa sa aj u nás a zaviedol ju Gravelius v roku 1914. Na základe tohto systému je u nás tokom 1.rádu len Dunaj.

Napriek prehľadnosti má uvedená klasifikácia pomerne dosť nevýhod. Najzávažnejšou sa javí skutočnosť, že neumožňuje geometrické a ani štatistické porovnávanie tokov rovnakého rádu, lebo často ide o neporovnateľne veľké toky. Ako konkrétny príklad môžeme uviesť Dunaj a Dvojnicu v Bulharsku. Dunaj je dlhý 2 850 km a má plochu povodia 817 000 km2. Dvojnica je dlhá 35 km s plochou povodia asi 500 km2. Tieto parametre sú neporovnateľné. Obidva tieto toky sú však tokmi 1. rádu, lebo ústia do Čierneho mora.

Uvedené nedostatky sa nevyskytujú pri stúpajúcich klasifikáciách. Medzi najznámejšie patria klasifikácie Hortona, Strahlera, Shreva, logaritmická klasifikácia Scheideggera a ďalších. Princíp číslovania jednotlivých tokov je zrejmý z obr. 3 b,c,d. na str. 13 skrípt „Cvičenia z hydrológie 1“. Bude objektom Vášho samoštúdia – v priebežnom či záverečnom hodnotení sa určite nájde otázka z tejto problematiky.

Plocha povodia, watershed area

2. plocha pôdorysu povodia. Predstavuje najvšeobecnejšiu charakteristiku povodia. Určuje sa spravidla z vrstevnicovej mapy mierky 1 : 25 000 alebo 1 : 50 000 planimetrovaním (v súčasnosti najmä digitalizáciou), prípadne sumarizovaním (súpisom) zmeraných čiastkových plôch príslušného povodia (hlavne u väčších povodí). Označuje sa ako P (plocha) ale aj F (fläche) a A (area). Udáva sa spravidla v km2.

vrstevnice

Reálna krajina a jej mapa – „pasca“ pri hydrologických výpočtoch do ktorých vstupuje plocha povodia

Dĺžka toku, stream length

3. dĺžka osi koryta toku od jeho ústia po prameň (za prameň toku sa zvyčajne považuje hydrografický začiatok toku). Je to charakteristika nestála, premenná, pričom sa mení činnosťou toku alebo človeka. Predlžuje sa spravidla vytváraním nových zákrut, alebo sa skracuje vylúčením jestvujúcich zákrut a to prirodzenými alebo umelými zásahmi do trasy toku. Dĺžka toku sa určuje najpresnejšie priamym meraním v teréne, menej presne zameraním na mape. Najčastejšie ju označujeme L (length). Udáva sa spravidla v km.                                                                                                                                                  

Hustota siete vodných  tokov, stream-network density

4. súčet dĺžok vodných tokov pripadajúcich priemerne na jednotku plochy daného územia. Určuje sa podielom úhrnnej dĺžky tokov (ΣL) príslušného územia vyjadrenej v km a  plochy (A) tohto územia vyjadrenej v km2 podľa vzťahu:

5. ht
6. hustota sa mení podľa okolností, ktoré vplývajú na vznik odtoku, alebo ho priamo podmieňujú. Preto sa často predpokladá, že hustota riečnej siete objektívne a súhrnne vyjadruje vplyv niektorých hlavných činiteľov odtoku, ako množstvo zrážok, spádové pomery v povodí, priepustnosť pôdy, ako aj druh a rozsah rastlinnej pokrývky.(viď. nasledujúca kapitola). V hornatom a členitom území rastie hustota riečnej siete jednak zvýšeným povrchovým odtokom, podmieneným priaznivými spádovými pomermi a malou priepustnosťou podkladu, jednak zvýšeným množstvom zrážok, naproti tomu býva menšia v rovinatom, priepustnom a zalesnenom teréne. Tieto podmienky sa však v každom prípade vyskytujú v rozmanitom zostavení a okrem toho nevyčerpávajú všetko, čo ovplyvňuje hustotu riečnej siete, ktorá je často rozličná v povodiach s rovnakými opísanými činiteľmi.

Ak hodnota ht udáva dĺžku všetkých tokov na jednotke plochy v danom povodí, ide v podstate o celkovú dĺžku „sústredených komunikačných línií“, ktorými môže voda odtekať z daného povodia. Sústredených preto, lebo voda samozrejme neodteká len korytami tokov, ale napríklad aj po nepriepustnom povrchu terénu v smere spádnice. Porovnaním hodnoty ht z viacerých povodí dostaneme obraz o možnostiach dostupnosti určitého objemu vody po merný profil.

Priemerný sklon povrchu povodia (iF) ako významnú morfometrickú charakteristiku povodia vypočítame na základe vhodného mapového podkladu pomocou vzorca:

iF = tg  =

kde   je priemerný uhol sklonu povrchu povodia, h je výškový interval vrstevníc, Σl je súčet dĺžok vybraných vrstevníc na danom povodí a F je plocha povodia. Týmto spôsobom je možné zistiť nielen celkový sklon povodia ale aj čiastkové sklony jednotlivých úsekov povrchu povodia. V súčasnosti umožňuje digitalizácia mapového podkladu zjednodušenie pracného postupu výpočtu sklonu povrchu povodia, ktorý sa v minulosti nahrádzal jednoduchým aj keď len približným výpočtom podľa vzorca:

iF = . 100 %

kde Hmax je najvyššia a Hmin najnižšia kóta v povodí.

Priemerný sklon povrchu povodia je však len jednou z charakteristík reliéfu povodia. Netopil uvádza, že je postačujúci pri charakteristike veľkých povodí ale pri menších povodiach ho navrhuje doplniť informáciami o horizontálnej a vertikálnej členitosti reliéfu a o sklonitosti povrchu.

Priemerný sklon toku (iT) je podiel rozdielu nadmorských výšok prameňa a ústia a dĺžky toku:

iT = . 100 %                                                                     (5)

kde Hp je nadmorská výška prameňa toku, Hu je nadmorská výška ústia toku a L je dĺžka toku. Týmto spôsobom je možné zistiť nielen celkový priemerný sklon toku ale aj priemerné sklony v jednotlivých úsekoch.

Spád toku je rozdiel nadmorských výšok dvoch bodov sledovaného toku (H1 – H2). Najväčší spád dosahujú vodné toky v miestach prekonávania skalných stupňov, ktoré narušujú ich rovnovážny profil. Na týchto miestach sa najčastejšie vyskytujú vodopády. Z uvedeného vyplýva, že vydelením hodnoty spádu toku vzdialenosťou medzi sledovanými bodmi dostaneme sklon tohto úseku toku.

Vodopád Kaieteur v Guayane                Vodopád Sipi v Ugande                        Vodopád Angel        vo Venezuele

na rieke Potaro                                                                                                (povodie Orinoco)

Vodopády Iquacu na rieke Iquacu (Brazília – Argentína)                         Viktórine vodopády na Zambezi

                                                                                                        (Zimbabwe)

Priemernú nadmorskú výšku povodia môžeme určiť graficky z hypsometrickej krivky metódou rovnakoplošného obdĺžnika. Hypsometrická krivka povodia je jednou zo základných geomorfologických charakteristík. Graficky zobrazuje plochu jednotlivých výškových stupňov povodia.

Plochu ohraničenú súradnicami a vlastnou hypsometrickou krivkou (F1) využijeme na konštrukciu obdĺžnika nad horizontálnou osou s plochou F2, kde F1 = F2. Druhá strana obdĺžnika (HP) pritom predstavuje priemernú nadmorskú výšku povodia (obr. 6, strana 17 skrípt „Cvičenia z hydrológie 1“. Bude objektom Vášho samoštúdia – v priebežnom či záverečnom hodnotení sa určite nájde otázka z tejto problematiky).

Priemernú nadmorskú výšku povodia môžeme tiež vypočítať z vhodného mapového podkladu podľa vzorca:

H = 0,5 . ΣΦi . (Hi+ Hi-1) ,   kde = ΣΦi =

kde H je priemerná nadmorská výška povodia,  Fi je plocha povodia ohraničená vrstevnicami Hi až Hi-1  a F je celková plocha povodia.

Lesnatosť povodia (δ) – predstavuje podiel zalesnenej plochy povodia (FL) k celkovej ploche povodia (F) vyjadrený v % :

δ =   . 100 %

Lesnatosť povodia predstavuje vstupnú informáciu dôležitú pre posúdenie vplyvu lesa na odtok vody z povodia, tak ako je to opísané v časti o fyzicko-geografických vlastnostiach povodia. Údaje o lesnatosti jednotlivých povodí sú súčasťou rôznych hydrologických ročeniek. V prípade potreby je najvhodnejšie lesnatosť povodia vypočítať na základe digitalizácie vhodného mapového podkladu.

Morfologické charakteristiky

Morfologické charakteristiky, ako už vyplýva z ich vlastného označenia (morfológia - náuka o tvaroch), sa viažu na tvary povodí, riečnych sietí a pod. Ako už bolo uvedené, najpoužívanejšou je charakteristika tvaru povodia (α).

Charakteristika tvaru povodia sa vyjadruje pomerom priemernej šírky povodia (B) k dĺžke povodia (L) alebo pomerom plochy povodia (F) k štvorcu dĺžky povodia (L2). (Údaj o dĺžke povodia býva nahradený dĺžkou údolnice).

α =  =

Podľa hodnoty rozlišujeme tri typy povodí: pretiahnuté, prechodné a vejárovité.

Geomorfologické vlastnosti údolí a korýt vodných útvarov

Úzke a pretiahnuté zníženiny zemského povrchu, ktorými tečie voda, sa nazývajú – bez ohľadu na ich pôvod – riečne údolia. V ich najhlbšej časti – na dne – možno rozlíšiť vhĺbenú brázdu, ktorú vytvorila a sčasti vyplnila tečúca voda, to je tzv. koryto rieky. Šikmé alebo zvislé boky koryta tvoria jeho brehy. Tieto zalieva za povodní do istých vzdialeností voda, keď rieka vystúpi zo svojho pôvodného koryta a tečie korytom záplavovým čiže inundačným.

Spojením najnižších miest údolia v pozdĺžnom smere dostaneme údolnicu čiže údolnú os, nad ktorou zväčša býva prúdnica, t.j. čiara, ktorá spája miesta najväčších rýchlostí. Priebeh týchto čiar sa odlišuje od strednice rieky, ktorá rozpoľuje šírku koryta.

Účinkom gravitácie sa voda v koryte pohybuje, čiže výškový rozdiel počiatku a konca toku rozhoduje o spôsobe a druhu pohybu,a tým aj o intenyite dynamického účinku tečúcej vody na dno a brehy, čiže o erózii. Podľa toho, ako sa menil tento výškový rozdiel, t.j. výška hornej a dolnej eróznej základne (bázy), koryto sa viac alebo menej prehlbovalo (vertikálna erózia), alebo naopak dno sa zanášalo. Výsledkom tohto dlhotrvajúceho procesu je pozdĺžny profil údolia toku. Jednotlivé úseky toku mávajú často viac dolných eróznych základní.

Priečne nevypracované údolia sú úzke, so strmými úbočiami a prechádzajú až v sútesky. Staršie vypracované údolia v mäkkých horninách sú mierne modelované v pôdoryse aj v pozdĺžnom profile a hore sú široko otvorené. Ich dno býva tiež široké, pokryté aluviálnymi nánosmi. Na tomto formovaní údolia sa zúčastňuje jednak svahová modelácia, ktorá zmierňuje strmosť svahov údolia, jednak samotný tok, ktorý mení svoju polohu, naráža na brehy a eroduje ich. Túto činnosť voláme bočnou (laterálnou) eróziou.

Táto dvojaká činnosť rieky, vyhlbovanie koryta do dna údolia, vertikálna erózia a nasledujúce priečne modelácie. bočná erózia a svahová modelácia, dávajú údoliu najprv tvar písmena V. Tento tvar sa postupne mení tak, že sa rozširuje dno údolia, zmierňujú sa svahy a znižujú údolné chrbty.

Od stavu geomorfologického vývoja závisí aj hĺbka údolia. Zatiaľ čo v rovinách býva len veľmi malá, v horských údoliach dosahuje značné rozmery.

Striedavým zväčšovaním hĺbkovej erózie vyhĺbili rieky do dna starších údolí mladšie, užšie doliny a premenili dno starších riečnych údolí na riečne terasy, t.j. plošiny rozložené pozdĺž rieky v rozličných výškach podľa toho, ako rástla a klesala erózna, prípadne akumulačná činnosť rieky, najmä ako sa menila výška eróznej bázy, napr. ústupom mora a pod. Keď terasa bola vytvorená v hornine budujúcej údolie, hovoríme o terase eróznej,ak ju rieka vytvorila vo vlastných naplavených nánosoch označujeme ju ako akumulačnú. Koryto rieky, konvexný a konkávny breh, meandre, mŕtve ramená, presun zákrut smerom po prúde, riečny val, odsunutie prúdnice pôsobením bočných prítokov, Coriolisova sila, riečne pirátstvo, pozdĺžny a priečny profil, prietokový profil, izobaty, brod.