Krótkoterminowe zmiany natężenia przepływu w małej rzece

T. Ciupa, R. Suligowski (red.)
Woda w badaniach geograficznych
Instytut Geografii
Uniwersytet Jana Kochanowskiego
Kielce, 2010, s. 127-136
Krótkoterminowe zmiany natężenia przepływu w małej rzece miejskiej
na przykładzie Sokołówki (Łódź)
Short-term changes of discharge in small urban river
on the example of the Sokołówka river (Łódź)
Adam Bartnik, Przemysław Tomalski
Katedra Hydrologii i Gospodarki Wodnej, Uniwersytet Łódzki,
ul. Narutowicza 88, 90-139 Łódź, [email protected], [email protected]
Streszczenie: W artykule przedstawiono analizę krótkoterminowych zmian natężenia
przepływu w zlewni Cokołówki, odwadniającej północną część Łodzi. Do dalszych analiz
wybrano dane z dwóch przekrojów pomiarowych. Jeden zamyka zlewnię o charakterze
typowo miejskim (przy ul Folwarcznej), zaś drugi, położony w dolnej części rzeki
obejmuje również tereny użytkowane rolniczo. Badania częstości pojawiania się wzrostów
i spadków przepływu dowiodły, iż w przypadku zlewni miejskiej zdecydowanie dominują
okresy braku zmian natężenia przepływu (niemalże 90% pomiarów). W pozostałych
przypadkach – 7 % to spadki, a tylko nieco ponad 4 % stanowią znaczące wzrosty
przepływu. W przekroju pomiarowym zamykającym zlewnię z udziałem obszaru
rolniczego, zmiany przepływu (zarówno wzrosty jak i spadki) stanowią już ponad 75 %
wszystkich pomiarów, przy czym oba typy zmian występują równie często. Autorzy
zaproponowali także nowe, bazujące na 15-minutowych zmianach natężenia przepływu,
miary charakteryzujące fale wezbraniowe. Analiza wykazała, że są one słabo skorelowane
z wcześniej wykorzystywanymi parametrami bazującymi na danych o kroku dobowym.
Miary wskazują także wyraźnie na zdecydowanie różny charakter fal wezbraniowych
w wybranych przekrojach pomiarowych.
Słowa kluczowe: zmiany krótkoterminowe, przepływ, hydrologia miejska
Key words: short-term changes, discharge, urban hydrology
Wprowadzenie
Współczesne badania hydrologiczne, zwłaszcza te dotyczące rzek,
wymagają szczegółowych ciągów pomiarowych. W przypadku natężenia
przepływu, najczęściej stosowane są dane o kroku dobowym, co jest wynikiem
127
ustalania na podstawie pomiarów stanów wody obserwowanych z taką
częstotliwością. Częstsze odczyty uzyskać można z zapisów limnigraficznych.
W tym przypadku należy jednak mieć świadomość błędów popełnianych przy
wykorzystaniu związku stan wody – natężenie przepływu. Wynikają one przede
wszystkim z samego uproszczenia zagadnienia (przepływ zależny nie tylko od
stanu wody). W przypadku przejścia fali wezbraniowej mamy dodatkowo do
czynienia ze zmianami spadku zwierciadła wody skutkującymi zjawiskiem
histerezy krzywej natężenia przepływu (Byczkowski 1996). Z tego powodu,
a także względów technicznych, szeregi o kroku krótszym niż dobowy nie były
dotychczas zbyt często analizowane.
W ostatnich latach pojawiły się urządzenia umożliwiające ciągłe pomiary
prędkości i głębokości płynącej wody, a zatem i przepływu. Bazują one na efekcie
Dopplera i są coraz szerzej stosowane do ciągłego monitoringu ilościowego
w zlewniach eksperymentalnych. Ich zastosowanie stwarza możliwość opisu zmian
krótkoterminowych natężenia przepływu. Celem niniejszego artykułu jest wstępna
analiza szeregów czasowych natężenia przepływu o kroku 15-minutowym
uzyskanych z tego typu urządzeń, zainstalowanych w zlewni Sokołówki.
Teren i metody badań
Od roku 2006, Katedra Hydrologii i Gospodarki Wodnej Uniwersytetu
Łódzkiego, prowadzi badania w zlewni Sokołówki, będącej lewym dopływem
Bzury. Obejmuje ona północną część Łodzi i niemal w całości zawiera się
w granicach administracyjnych miasta (ryc. 1). Zlewnia Sokołówki jest
w znacznym stopniu zurbanizowana – w jej górnej części znajduje się kilka osiedli
domów jednorodzinnych, zaś środkową część zajmują tereny przemysłowe
(Bartnik i in. 2008). Początkowy fragment koryta Sokołówki przykryty jest
betonowymi płytami i włączony w system kanalizacji deszczowej. Obszary
zabudowane zajmują ogółem 47% powierzchni zlewni, lasy i parki 19%, a użytki
rolne, skupione na obrzeżach miasta, w dolnej części zlewni – 23%. Wśród osadów
budujących górną i środkową część zlewni dominują gliny zwałowe, zaś w dolnej
przeważają piaski wodnolodowcowe. Aż 71% utworów powierzchniowych
charakteryzuje się bardzo dobrymi parametrami filtracyjnymi. Zaznaczyć jednak
należy, że na obszarze miasta serie osadowe często są przykryte warstwą „narzutu
antropogenicznego” (gruz, szlaka, ziemia z wykopów itp.) ograniczającego ich
naturalną przepuszczalność.
Dane wykorzystane w niniejszym artykule pochodzą z zainstalowanych
w zlewni Sokołówki przepływomierzy firmy Teledyne ISCO (model 2150)
wykorzystujących efekt Dopplera (Szejba i in. 2009). Do dalszych prac wybrano
szeregi pomiarów natężenia przepływu o kroku 15-minutowym, pochodzące
z dwóch przekrojów pomiarowych i obejmujące rok hydrologiczny 2009. Jeden
z nich zamyka zlewnię o charakterze typowo miejskim (posterunek w Parku
A. Mickiewicza przy ulicy Folwarcznej – A = 5,72 km2), drugi (położony niżej)
obejmuje także część dorzecza użytkowaną rolniczo-podmiejską (Sokołów,
A = 19,21 km2). Ich lokalizacja przedstawiona została na ryc. 1.
128
Zmiany krótkoterminowe
W obu przekrojach badawczych szeregi pomiarowe (liczebność każdego
> 35 000) cechuje duża zmienność natężenia przepływu związana
z funkcjonowaniem w zlewni kanalizacji deszczowej. Jednakże, w przypadku
przekroju położonego w dolnym odcinku cieku, odpływ w skali roku wykazuje
znacznie większą stabilność (Cv = 0,96). W górnej części dochodzi niejednokrotnie
do całkowitego zaniku przepływu, a odpływ rzeczny jest kształtowany głównie
przez gwałtowne epizody wezbraniowe (Cv = 5,91).
Szeregi natężenia przepływu zostały przeliczone na ciągi różnic pomiędzy
kolejnymi ich wyrazami (uzyskano szeregi zmian natężenia przepływu z pomiaru
na pomiar) i poddane dalszej analizie. Zmiany mniejsze niż 1 dm3·s-1 traktowano
jako przypadkowe i wyeliminowano z dalszych badań. Analiza bezwładności
dowiodła braku istnienia w badanych szeregach czerwonego szumu (współczynnik
autokorelacji przy k = 1 wynosi -0,46 dla przekroju zamykającego zlewnię
podmiejską oraz 0,31 dla zlewni miejskiej).
Analiza częstości pojawiania się wzrostów i spadków przepływu (tab. 1)
dowiodła, iż w przypadku zlewni miejskiej (Folwarczna) zdecydowanie dominują
okresy braku zmian natężenia przepływu (niemalże 90% pomiarów).
Tab. 1. Podstawowe parametry 15-minutowych zmian natężenia przepływu
Tab. 1. Basic parameters of 15-minute changes of discharge
Parametr
Folwarczna
88,36
4,31
0,018
1,411
246,7
7,33
0,012
0,515
90,0
L (%)
Li (%)
Iav (m3·s-1)
Imax (m3·s-1)
Iqmax (dm3·s-1·km-2)
Ld (%)
Dav (m3·s-1)
Dmax (m3·s-1)
Dqmax (dm3·s-1·km-2)
Sokołów
23,69
37,75
0,008
0,201
10,5
38,56
0,007
0,151
7,9
Źródło: opracowanie własne
L – udział procentowy 15-minutowych pomiarów bez zmiany natężenia przepływu; Li – udział
procentowy 15-minutowych pomiarów ze wzrostem natężenia przepływu; Iav – średni 15-minutowy
wzrost natężenia przepływu; Imax – maksymalny 15-minutowy wzrost przepływu; Iqmax – maksymalny
15-minutowy wzrost odpływu jednostkowego; Ld – udział procentowy 15-minutowych pomiarów
ze spadkiem natężenia przepływu; Dav – średni 15-minutowy spadek natężenia przepływu;
Dmax – maksymalny 15-minutowy spadek przepływu; Dqmax – maksymalny 15-minutowy spadek
odpływu jednostkowego
L – percentage participation of 15-minute measurements without change of discharge; Li – percentage
participation of 15-minute measurements with increase of discharge; Iav – average 15-minute increase
of discharge; Imax – maximum 15-minute increase of discharge; Iqmax – maximum 15-minute increase
of specific discharge; Ld – percentage participation of 15-minute measurements with decrease
of discharge; Dav – average 15-minute decrease of discharge; Dmax – maximum 15-minute decrease
of discharge; Dqmax – maximum 15-minute decrease of specific discharge
129
W pozostałych przypadkach – 7 % to spadki, a tylko nieco ponad 4 %
stanowią wzrosty. Te ostatnie mogą być jednak znaczące (nawet do 1,4 m3·s-1 –
co oznacza wzrost odpływu jednostkowego w ciągu 15 min. o ok. 247 dm3·s-1·km-2)
– tab. 1. Wynika to z funkcjonowania tego odcinka rzeki głównie jako kolektora
zbiorczego dla wód opadowych odprowadzanych z ulic. Uszczelnienie koryta na
znacznych odcinkach powoduje prawie całkowite odcięcie cieku od zasilania
wodami podziemnymi. W efekcie przepływ w okresie bezopadowym jest
minimalny lub całkowicie zanika. Pojawienie się nawet niewielkiego opadu
powoduje natomiast błyskawiczną reakcję w postaci wzrostu lub pojawienia się
przepływu.
W przekroju pomiarowym zamykającym zlewnię podmiejską (Sokołów)
zmiany przepływu (zarówno wzrosty jak i spadki) stanowią już ponad 75 %
wszystkich pomiarów, przy czym oba typy zmian występują równie często.
Maksymalne zanotowane wzrosty natężenia przepływu nieznacznie przekraczają tu
0,2 m3·s-1 (co oznacza wzrosty już tylko o 10,5 dm3·s-1·km-2 w ciągu 15 minut),
a więc znacznie mniejsze niż w górnej części zlewni (tab. 1). Związane jest to
w głównej mierze ze zjawiskiem wyrównywania odpływu rzecznego przez
zbiorniki przepływowe (pomiędzy omawianymi profilami istnieją obecnie 3 stawy,
projektowane są kolejne) oraz drenaż liniowy płytkich, wód gruntowych przez
dolny, nie zabudowany odcinek koryta cieku.
Zmiany krótkoterminowe w trakcie wezbrań
Do dalszej analizy, z szeregów czasowych natężenia przepływu wybrane
zostały tylko okresy wezbraniowe w roku hydrologicznym 2009. Dla górnej,
miejskiej części zlewni okresów takich było 125, podczas gdy dla przekroju
zamykającego zlewnię – 103. Aby scharakteryzować każdy z nich obliczono
podstawowe
charakterystyki
fal
wezbraniowych
(objętość
odpływu
wezbraniowego i całkowitego, przepływ kulminacyjny, przepływ średni, czas
propagacji i recesji fali wezbraniowej). Wielkości te zestawiono z 15-minutowymi
zmianami przepływu w trakcie wezbrań (liczba okresów 15-minutowych ze
wzrostem przepływu, liczba okresów 15-minutowych ze spadkiem przepływu,
maksymalny 15-minutowy wzrost przepływu, maksymalny 15-minutowy spadek
przepływu) (tab. 2).
Czas propagacji fali wezbraniowej w obu przekrojach kontrolnych silnie
zależy od liczby okresów 15-minutowych z wzrostem natężenia przepływu.
Analogicznie czasy recesji pozostają w silnej współzmienności z 15-minutowymi
okresami ze spadkiem natężenia przepływu. Maksymalne 15-minutowe spadki
i wzrosty natężenia przepływu są współzmienne ze średnim i kulminacyjnym
przepływem w przypadku zlewni typowo miejskiej (Folwarczna). Ma na to wpływ
bardzo krótki czas formowania się fali, kiedy to następują szybkie zmiany
aktualnego przepływu. W dolnej części rzeki (Sokołów) zależność nie jest już
tak wyraźna ze względu na modyfikację fali wezbraniowej przez stawy
przepływowe oraz generalnie większą retencję. Przepływ maksymalny może być
zatem wysoki, ale przybór wody w cieku nie musi odbywać się gwałtownie.
Szczególnie wyraźnie widać to w przypadku współzmienności liczby okresów
130
15-minutowych ze wzrostem lub spadkiem natężenia przepływu i objętościami
odpływu (bezpośredniego i całkowitego). Wyższe współczynniki korelacji tych
charakterystyk występują w przypadku Sokołowa, a więc w dolnej części zlewni.
Tab. 2. Współczynniki korelacji (R) między charakterystykami wezbrań w zlewni
Sokołówki w roku hydrologicznym 2009
Tab. 2. Correlation coefficients (R) between characteristics of floods in the Sokołówka
drainage basin in the year 2009
Parametr
Vp
Vt
Qk
Qav
tp
tr
li
0,43
0,48
-0,06
-0,01
0,90*
0,91*
Folwarczna
ld
imax
0,59
0,55
0,60
0,53
0,11
0,96*
0,10
0,81*
0,76* -0,17
0,85* -0,03
dmax
0,61
0,58
0,93*
0,82*
-0,18
-0,07
li
0,82*
0,85*
0,32
0,30
0,87*
0,75*
Sokołów
ld
imax
0,82*
0,47
0,82*
0,47
0,30
0,33
0,29
0,30
0,85*
0,17
0,77*
0,30
dmax
0,58
0,58
0,46
0,45
0,21
0,40
Źródło: opracowanie własne
Vp – objętość odpływu bezpośredniego, Vt – objętość odpływu całkowitego, Qk – przepływ
kulminacyjny, Qav – przepływ średni wezbrania, tp – czas propagacji fali, tr – czas recesji fali,
li – liczba okresów 15-minutowych ze wzrostem natężenia przepływu, ld – liczba okresów
15-minutowych ze spadkiem natężenia przepływu, imax – maksymalny 15-minutowy wzrost natężenia
przepływu, dmax – maksymalny 15-minutowy spadek natężenia przepływu, * – zależności
o współczynniku determinacji R2 > 0,5
Vp – volume of the direct runoff, Vt – volume of the total runoff, Qk – crest discharge, Qav – average
discharge of flood, tp – time of propagation of wave, tr – time of recession of wave, li – number
of 15-minute periods with increase of discharge, ld – number of 15-minute periods with decrease
of discharge, imax – maximum 15-minute increase of discharge, dmax – maximum 15-minute decrease
of discharge, * – correlations with coefficient of determination R2 > 0,5
Poza powyższymi zależnościami, obliczone zostały parametry fal opisane
przez A. Ciepielowskiego (1987). Pierwszym z nich jest współczynnik smukłości.
Posiada on postać:
α=
to
ts
(1)
gdzie: α – współczynnik smukłości fali, t0 – czas opadania fali, t5 – czas
wznoszenia fali.
Drugi parametr to tzw. współczynnik kształtu (Stachy 1984):
ψ =
2
1+ α
(2)
gdzie: ψ – współczynnik kształtu fali; pozostałe oznaczenia jak wyżej.
Obie miary można obliczyć posiadając standardowe, dobowe dane natężenia
przepływu. Postanowiono zatem skonfrontować je z nowymi charakterystykami
131
bazującymi na szeregach 15-minutowych pomiarów natężenia przepływu.
Pierwszym z proponowanych przez autorów jest współczynnik symetrii fali
wezbraniowej:
s=
li
ld
(3)
gdzie: s – współczynnik symetrii fali wezbraniowej, li – liczba okresów
15-minutowych z wzrostem natężenia przepływu, ld – liczba okresów
15-minutowych ze spadkiem natężenia przepływu.
Drugą charakterystykę nazwano współczynnikiem równomierności:
n
r=
∑ dQ
i
i =1
m
(4)
∑ dQd
j =1
gdzie: r – współczynnik równomierności fali, dQi – 15-minutowy wzrost
natężenia przepływu, dQd – 15-minutowy spadek natężenia
przepływu.
Tab. 3. Współczynniki korelacji (R) między charakterystykami fal wezbraniowych
w badanych przekrojach pomiarowych
Tab. 3. Correlation coefficients (R) between characteristics of flood waves in examined
measurement sections
Folwarczna
α
ψ
s
-0,23
0,46
Sokołów
r
0,07
-0,002
s
-0,42
0,47
r
-0,12
0,16
Źródło: opracowanie własne
s – współczynnik symetrii fali wezbraniowej, r – współczynnik równomierności fali,
α – współczynnik smukłości fali, ψ – współczynnik kształtu fali
s – coefficient of symmetry of flood wave, r – coefficient of uniformity of flood wave, α – coefficient
of slenderness of flood wave, ψ – coefficient of shape of flood wave
Analiza wykazała, że nowo proponowane miary są słabo skorelowane
z wcześniej obliczonymi charakterystykami (tab. 3). Relatywnie największy
związek wykazał, w obu przekrojach pomiarowych, współczynnik kształtu fali (2)
i współczynnik symetrii fali wezbraniowej (3). W obu przypadkach zależność ta nie
jest silna, a współczynnik korelacji R nie przekracza 0,5. Zwraca również uwagę
nieistotna współzmienność współczynników symetrii (4) i smukłości (1), mimo że
oba opierają się w zasadzie na czasie propagacji i recesji fali wezbraniowej.
Prawdopodobną przyczyną jest możliwość istnienia w gałęzi propagacji krótkich
okresów ze spadkami natężenia przepływu oraz okresów z jego wzrostem w czasie
recesji fali. Przypadek taki zilustrowany został na ryc. 2.
132
Q (m3.s-1)
0,100
0,095
0,090
0,085
0,080
0,075
0,070
0,065
0,060
0,055
0,050
15:30
16:45
18:00
t (godz. : min.)
19:15
Ryc. 2. Hydrogram natężenia przepływu (Q) w przekroju kontrolnym Sokołów w trakcie
wezbrania w dniu 14.03.2009 r.
Fig. 2. Hydrograph of discharge (Q) in Sokołów measurement section during flood
in 14.03.2009
Interesujące wydaje się też porównanie zmienności charakterystyk fal
wezbraniowych w trakcie roku hydrologicznego w dwu analizowanych przekrojach
pomiarowych. W przypadku współczynnika symetrii fali wezbraniowej (s) daje się
zauważyć wyraźne różnice między częścią zlewni typowo miejską, a zlewnią
zawierającą także tereny mniej intensywnie użytkowane (ryc. 3). W górnej części,
w której zasilanie zależy w dużej mierze od systemu kanalizacji burzowej zaznacza
się wyraźna asymetria fal wezbraniowych. Duży udział skanalizowanych
powierzchni nieprzepuszczalnych powoduje, że dominują tu szybkie formy
odpływu. Koncentracja fali wezbraniowej następuje bardzo szybko, w związku
z tym gałąź propagacji jest krótka, a możliwe maksymalne wzrosty natężenia
przepływu są znaczne (tab. 1). Gałąź recesji jest wyraźnie dłuższa ze względu na
dobieg po przekroju kontrolnego wody z bardziej oddalonych obszarów. Przekrój
kontrolny w dolnej części zlewni cechuje się relatywnie bardziej symetrycznymi,
ale także zróżnicowanymi w czasie wskaźnikami symetrii fali wezbraniowej.
Niewątpliwy wpływ ma tutaj transformacja fali, przemieszczającej się z górnej
części zlewni, przez stawy przepływowe. Większy jest także udział powierzchni nie
uszczelnionych i nie objętych systemem kanalizacji burzowej, a co za tym idzie
zwiększają się możliwości powstawania wolniejszych niż powierzchniowa form
odpływu.
W przypadku współczynnika równomierności fali wezbraniowej (r) również
zaznaczają się różnice pomiędzy przekrojami pomiarowymi w górnej i dolnej
części zlewni (ryc. 4). Przy ulicy Folwarcznej (górna typowo miejska część zlewni)
relatywnie częściej są one zbliżone do jedności. Oznacza to, że natężenie
przepływu przed i po przejściu fali wezbraniowej jest bardzo podobne. Wysoki
odsetek powierzchni nieprzepuszczalnych oraz odcięcie koryta od zasilania
wodami podziemnymi poprzez jego uszczelnienie spowodowało, że w odcinku tym
po wystąpieniu opadu prawie w ogóle nie zaznacza się wzrost udziału stabilnych
form odpływu.
133
Folwarczna
3,5
3,0
2,5
s
2,0
1,5
1,0
0,5
dzień.miesiąc
day.month
27.10
21.10
14-15.10
1.10
11.10
29.09
29.08
3.08
11.08
23.07
19-20.07
19.07
5-6.07
4.07
10.07
25.06
23.06
9.06
16.06
4.06
31.05
29.05
8.04
18.05
23.03
9.03
15.03
1.03
21.01
11-12.02
21.12
18.12
12.11
19-20.11
0,0
Sokołów
2,5
2,0
s
1,5
1,0
0,5
4.10
14-17.10
16.09
17.08
3-4.08
27.07
24.06
13-14.06
3-4.06
27-28.05
15-16.05
18-19.04
26-27.03
22-23.03
12.03
25.02-
26.01
14-15.02
9-10.01
21.12
8.12
28.11
1.11
19.11
0,0
dzień.miesiąc
day.month
Ryc. 3. Współczynniki symetrii fal wezbraniowych (s) w zlewni Sokołówki, w roku 2009
Fig. 3. Coefficients of symmetry of flood waves (s) in Sokołówka drainage basin in the
year 2009
Jednocześnie, czasami pojawiają się tu bardzo wysokie współczynniki
równomierności. Mają one miejsce wówczas, gdy w krótkim odstępie czasu
występują dwa epizody wezbraniowe. Opisana wcześniej asymetria fali powoduje,
że koncentruje się ona bardzo szybko, natomiast recesja jest rozłożona w czasie.
W przypadku stosunkowo szybkiego wystąpienia impulsu zasilającego, nowe
wezbranie zaczyna formować się w czasie gdy pierwsze jeszcze się nie zakończyło.
W dolnym przekroju kontrolnym efekt ten zaznacza się zdecydowanie słabiej.
Wynika to z transformacji odpływu przez stawy przepływowe oraz większych
możliwości retencyjnych zlewni. W efekcie, krótko po sobie występujące impulsy
opadowe generują najczęściej jedno, relatywnie dłużej trwające wezbranie.
134
Folwarczna
5
4,5
4
3,5
r
3
2,5
2
1,5
1
1 4 - 1 5 .1 0
2 1 .1 0
2 7 .1 0
4 .1 0
1 2 - 1 4 .1 0
2 3 - 2 4 .1 0
1 .1 0
1 1 .1 0
2 9 .0 9
2 9 .0 8
2 3 .0 7
5 - 6 .0 7
3 .0 8
1 9 .0 7
2 5 - 2 6 .0 6
1 1 .0 8
4 .0 7
1 0 .0 7
1 9 - 2 0 .0 6
2 5 .0 6
9 - 1 0 .0 6
2 3 .0 6
9 .0 6
1 6 .0 6
4 .0 6
3 1 .0 5
2 9 .0 5
8 .0 4
1 8 .0 5
2 3 .0 3
9 .0 3
1 5 .0 3
1 .0 3
2 1 .0 1
1 1 - 1 2 .0 2
2 1 .1 2
1 8 .1 2
1 9 - 2 0 .1 1
1 2 .1 1
0,5
dzień.miesiąc
day.month
Sokołów
2
r
1,5
1
2 3 .0 9
2 9 - 3 0 .0 8
1 4 .0 8
3 - 4 .0 8
2 8 .0 7
2 4 .0 7
1 6 - 1 7 .0 7
2 9 .0 5
3 - 4 .0 6
1 8 - 1 9 .0 5
1 1 - 1 2 .0 5
1 8 - 1 9 .0 4
9 .0 4
2 4 - 2 5 .0 3
1 9 - 2 0 .0 3
1 2 .0 3
1 .0 3
2 3 - 2 4 .0 2
1 1 - 1 2 .0 2
2 6 .0 1
1 6 - 1 7 .0 1
3 0 .1 2
1 9 - 2 0 .1 2
8 .1 2
2 9 .1 1
2 2 .1 1
1 7 .1 1
1 .1 1
0,5
dzień.miesiąc
day.month
Ryc. 4. Współczynniki równomierności fal wezbraniowych (r) w zlewni Sokołówki, w roku
2009
Fig. 4. Coefficients of uniformity of flood waves (r) in Sokołówka drainage basin in the year
2009
Podsumowanie
Dane pomiarowe uzyskiwane dzięki przepływomierzom dopplerowskim
otwierają nową „ścieżkę badawczą” dotyczącą krótkoterminowych wahań odpływu
i ich przyczyn. Będzie ona przydatna zwłaszcza w przypadku małych cieków,
w których proces formowania się fal wezbraniowych przebiega bardzo szybko.
Uzyskane szeregi czasowe natężenia przepływu Sokołówki cechuje duża
zmienność związana z funkcjonowaniem w zlewni kanalizacji deszczowej. Objęte
dalszymi analizami, szeregi różnic przepływów wykazują się brakiem istnienia
bezwładności, co może świadczyć o przypadkowości (losowości) w realizacji
135
procesu. Krótkoterminowe zmiany natężenia przepływu w zlewni Sokołówki silnie
natomiast zależą od charakteru odwadnianego terenu.
Zaproponowane w opracowaniu nowe charakterystyki fal wezbraniowych są
słabo skorelowane ze stosowanymi do tej pory. Ponadto, uwzględniają one
wahania odpływu, jakie towarzyszą procesom propagacji i recesji fal, a także
oddają charakter zmian w przypadku istnienia wielu kulminacji podczas jednego
epizodu wezbraniowego. Obserwowana niemal we wszystkich przypadkach
asymetria fal, skutkuje często nakładaniem się na siebie kolejnych wezbrań.
Zjawisko to jest szczególnie silne w przypadku zlewni o większych możliwościach
retencyjnych. Przedstawione przez autorów opracowanie jest tylko wstępną próbą
ujęcia tematu. Proponowane tu charakterystyki wezbrań niewątpliwie należy
poddać dyskusji oraz, niewykluczonej, modyfikacji.
Literatura
Bartnik A., Moniewski P., Tomalski P., 2008, Rola naturalnych i antropogenicznych
elementów obiegu wody w zlewni miejskiej (Sokołówka) i podmiejskiej
(Dzierżązna). (W:) S. Bródka (red.), Problemy Ekologii Krajobrazu. Wyd. Bogucki,
Warszawa – Poznań, XXII: 39-48.
Byczkowski A., 1996, Hydrologia, t. II. Wyd. SGGW, Warszawa.
Ciepielowski A., 1987, Badanie związków pomiędzy podstawowymi parametrami fal
wezbraniowych w wybranych profilach rzek. Wyd. SGGW, Warszawa.
Stachy J., 1984, Zasady obliczania maksymalnych rocznych przepływów o określonym
prawdopodobieństwie występowania dla rzek polskich. Wyd. IMGW, Warszawa.
Szejba D., Bajkowski S., Pietraszek Z., 2009, Badanie stabilności charakterystyk
pomiarowych przepływomierza modułowego ISCO 2150. Zeszyty Problemowe
Postępów Nauk Rolniczych, 540: 109-116.
Summary
The article shows the analyses of short-term changes of discharge in Sokołówka drainage
basin which drains the north part of Łódź. Data from the two measurement sections were
chosen for the research. One of them is located in the part of the drainage basin with
typically urban conditions (Folwarczna st.). The second is located in the bottom part of the
drainage basin and includes also arable lands (Sokołów). The research on frequency
of appearing the increases and decreases of discharge proved that in the urban drainage
basin the periods without changes of discharge were dominant (almost 90%
of measurement). There were decreases of discharge (7%) and increases of discharge (4%)
in the rest of cases. In the bottom of the drainage basin the changes of discharge were
dominant (over 75% of cases). Increases and decreases were of similar frequency in this
measurement section. The authors also proposed new parameters of flood waves based
on 15-minute data of discharge. Analyses showed that these characteristics were not
in correlation with the parameters based on one-day data which were used before. The new
parameters showed also different character of flood waves in urban and suburban
measurement sections.
136
11
1 – forests; 2 – parks; 3 – industrial areas; 4 – densely built-up area; 5 – open-ended built-up area; 6 – barrens, meadows and arable lands; 7 – watershed; 8 – rivers;
9 – railway; 10 – measurement
Fig. 1. Location of the Sokołówka drainage basin, usage of the area and measurement points of discharge
1 – lasy; 2 – parki; 3 – obszary przemysłowe; 4 – obszary o zwartej zabudowie mieszkalnej; 5 – obszary o luźnej zabudowie mieszkalnej; 6 – nieużytki, łąki i pola
uprawne; 7 – dział wodny; 8 – rzeki; 9 – linie kolejowe; 10 – przekroje pomiarowe
Ryc. 1. Lokalizacja zlewni Sokołówki, użytkowanie terenu i położenie posterunków pomiarowych natężenia przepływu