1
Prof. dr. sc. Ranko Žugaj, dipl. ing. gra
ñ
.
HIDROLOGIJA ZA AGROEKOLOGE
Sveu
č
ilište u Zagrebu, Agronomski fakultet Zagreb
2009.
2
Prof dr. sc. Ranko Žugaj, dipl. ing. gra
ñ
.
HIDROLOGIJA ZA AGROEKOLOGE
Sveu
č
ilište u Zagrebu
Rudarsko - geološko - naftni fakultet
Recenzenti
:
Prof. dr. sc. Željko Andrei
ć
, dipl. ing. fiz.
Prof. dr. sc. Andrea Ba
č
ani, dipl. ing. geol.
Prof dr. sc. Davor Romi
ć
, dipl. ing. agr.
Ra
č
unalna obrada teksta
:
Ljiljana Šimec, dakt.
Slike u skriptama
:
Jasenka Gregorina, tehn. crt.
Grafi
č
ko ure
ñ
enje
:
Indramani Sharma, dipl. ing. mat.
© Sva prava pridržava autor
Zagreb, lipanj, 2009.
4
S A D R Ž A J
1
PODRU
Č
JE I PODJELA HIDROLOGIJE
6
1.1
Definicija i podjela hidrologije 6
1.2
Hidrološki ciklus i koli
č
ine vode na zemlji 8
1.3
Op
ć
enito o otjecanju vode u kršu 10
2
OSNOVNI POJMOVI U MEHANICI FLUIDA
12
2.1
Uvod 12
2.2
Osnovne mjerne jedinice u mehanici fluida 12
2.3
Glavne fizi
č
ke osobine teku
ć
ine 13
2.3.1
Pojam i svojstva teku
ć
ine 13
2.3.2
Gusto
ć
a 13
2.3.3
Elasti
č
na svojstva teku
ć
ine 14
2.3.3.1
Elasti
č
nost 14
2.3.3.2
Stla
č
ivost 14
2.3.4
Viskoznost 15
2.3.5
Tlak vodenih para 15
2.3.6
Kapilarnost 16
2.3.7
Tlak 16
2.3.8
Anomalije vode 17
2.4
Hidrostatika 18
2.4.1
Raspodjela hidrostati
č
koga tlaka 18
2.4.2
Raspodjela potencijalne energije u teku
ć
ini 19
2.4.3
Sile hidrostati
č
koga tlaka na bo
č
ne plohe 19
2.5
Kinematika teku
ć
ine 21
2.5.1
Vrste strujanja s kinemati
č
koga stanovišta 21
2.5.2
Jednadžba kontinuiteta 23
2.5.3
Vrste stacionarnoga strujanja s kinemati
č
koga stanovišta 23
2.5.4
Vrste strujanja s obzirom na strujnu sliku 23
2.6
Dinamika teku
ć
ina 24
2.6.1
Bernoullijeva jednadžba za te
č
enje realne teku
ć
ine pod tlakom 25
2.6.2
Te
č
enje vode u otvorenim koritima 31
2.6.2.1
Jednoliko te
č
enje 32
2.6.2.2
Nejednoliko te
č
enje 33
2.6.2.3
Specifi
č
na energija presjeka, mirno i silovito te
č
enje, kriti
č
na dubina 35
3
PODZEMNA VODA
38
3.1
Oblici pojavljivanja vode u tlu 38
3.2
Darcyjev zakon 42
3.3
Hidrauli
č
ka teorija strujanja podzemnih voda 44
3.3.1
Dupuitova teorija 44
3.3.2
Vodozahvati podzemnih voda 47
3.3.2.1 Vodozahvatna galerija 48
3.3.2.2 Potpuni zdenci 48
3.3.2.3 Nepotpuni zdenac 50
3.3.2.4 Vrelna ploha u zdencu 50
3.3.3
Odre
ñ
ivanje koeficijenta procje
ñ
ivanja na terenu 51
3.3.4
Prodiranje morske u slatku vodu 53
5
4
HIDROLOGIJA POVRŠINSKIH VODA
54
4.1
Osnovni pojmovi 54
4.2
Glavne karakteristike hidroloških pojava 55
4.3
Oborina 58
4.3.1
Vrste oborina 58
4.3.2
Mjerenje oborina 59
4.3.3
Odre
ñ
ivanje srednje koli
č
ine oborine na slivu 61
4.3.4
Godišnji hod oborine 63
4.3.5
ITP i PTP krivulje 64
4.4
Sliv 65
4.5
Otjecajni koeficijent i specifi
č
ni dotok sa sliva 68
4.6
Mjerenje razina i koli
č
ina vode 69
4.6.1
Mjerenje razina vode 69
4.6.2
Mjerenje koli
č
ina vode 73
4.6.2.1 Mjerenje brzina u okomicama lamela u protjecajnom profilu 73
4.6.2.2 Preljevi 75
4.6.3
Mjerenje nagiba vodnoga lica 76
4.7
Proto
č
na krivulja 77
4.8
Procesi otjecanja 82
4.8.1
Nivogram 82
4.8.2
Hidrogram i njegovi sastavni dijelovi 83
4.9
Velike vode 87
4.9.1
Op
ć
enito o velikim vodama 87
4.9.2
Odre
ñ
ivanje velikih voda primjenom statisti
č
kih metoda 90
4.9.3
Racionalna formula 93
4.10
Male vode 96
4.11
Hidrološka suša 97
4.12
Biološki minimum 98
4.13
Nanos u vodotocima 99
4.13.1 Postanak i vrste nanosa 99
4.13.2 Pronos nanosa 100
4.14
Jednadžba hidrološke bilance vode u op
ć
em obliku 102
5
LITERATURA
104
7
Budu
ć
i da su oborine najvažniji faktor koji uzrokuje otjecanje, meteorologija je nezaobilazna znanstvena
disciplina u hidrološkim analizama. Pedologija, poljoprivreda i šumarstvo prvenstveno su važni zbog uvjeta
otjecanja vode i stvaranja nanosa. Za odre
ñ
ivanje baza hidroloških podataka te uporabe odgovaraju
ć
ih
hidroloških programa i matemati
č
kih modela za simulacije otjecanja neophodna je primjena informatike.
Poznavanje geološke gra
ñ
e slivnoga podru
č
ja predstavlja preduvjet za donošenje zaklju
č
aka o uvjetima
otjecanja vode, dok je hidrogeologija neizostavna u prou
č
avanju podzemne komponente otjecanja kod kruženja
vode u prirodi. Zemljopisne su osobine op
ć
enito zna
č
ajne u opisivanju slivnoga podru
č
ja i odre
ñ
ivanju mreže
vodotoka (hidrografska mreža).
Na osnovi topografske sli
č
nosti, a uzimaju
ć
i u razmatranje i ostale zna
č
ajke bitne za otjecanje vode -
prvenstveno geološke i klimatološke - mogu
ć
e je izvoditi zaklju
č
ke o sli
č
nosti razli
č
itih slivnih podru
č
ja u
pogledu otjecanja vode. Na taj se na
č
in može ocijeniti ima li smisla hidrološke zakonitosti izvedene za sliv o
kojemu postoji više podataka primijeniti na podru
č
ja o kojima je prikupljeno malo hidroloških podataka ili ih
uop
ć
e nema.
Fizika pak, a posebice mehanika fluida, odnosno hidraulika, bitne su zbog prou
č
avanja temeljnih
zakonitosti otjecanja vode i nanosa u vodotocima, dok je u prou
č
avanju kakvo
ć
e vode osobito zna
č
ajan doprinos
kemije.
Hidrološka istraživanja u novije vrijeme postaju vrlo opsežna. Unutar hidrologije razvijaju se pojedina
usmjerenja, a osnovna je podjela na parametarsku i stohasti
č
ku hidrologiju. Njihove definicije proizlaze iz samih
naziva.
Pod pojmom
parametarska hidrologija
(može se još re
ć
i i:
odre
ñ
ena, iskustvena, deterministi
č
ka,
analiti
č
ka ili dinami
č
ka hidrologija
)
podrazumijeva se na
č
in analize hidroloških procesa u kojemu se
upotrebljava deterministi
č
ki pristup istraživanjima hidroloških sustava uz korištenje razli
č
itih parametara
.
Primjenom
stohasti
č
ke hidrologije
(sinonimi su:
vjerojatnosna i statisti
č
ka hidrologija
ili
hidrologija
slu
č
ajnih procesa
),
hidrološki procesi i pojave opisuju se i analiziraju metodama teorije vjerojatnosti i
matemati
č
ke statistike
.
Obzirom na bitna svojstva pojedinih podru
č
ja koja se razmatraju razvile su se posebne grane hidrologije,
primjerice
hidrologija krša
, izu
č
avana posebno i u našim uvjetima,
gradska (urbana) hidrologija, hidrologija
akumulacija
i
ekohidrologija
.
Hidrologija krša
je grana hidrologije koja se bavi hidrologijom u krškim naslagama i slojevima s
velikim podzemnim prolazima, koji omogu
ć
uju te
č
enje znatnih koli
č
ina vode podzemljem.
Gradska (urbana) hidrologija
je grana hidrologije koja se bavi otjecanjem s naseljenih i gradskih
podru
č
ja,
č
iji se znatan dio sastoji iz me
ñ
usobno bliskih nepristupa
č
nih površina i ure
ñ
enoga zemljišta pod
vegetacijom.
Hidrologija akumulacija
je grana hidrologije koja se bavi radom akumulacijskih jezera i njihovim
utjecajem na vodni režim.
Ekohidrologija (ekološka hidrologija)
je grana znanosti koja izu
č
ava kako hidrološki procesi,
uklju
č
uju
ć
i vrstu, koli
č
inu, vremenski raspored i kretanje vode u vremenu, utje
č
u na ekološke procese.
