ODGOVORI NA PITANJA IZ OSNOVE HIDROTEHNIKE

1.Hidrotehničke građevine u starim kulturama

(Prva opažanja vodostaja Nila, tzv. nilomjeri u 4. Tisućljeću pr. n.e., a prvi sačuvani podaci datiraju iz

1827. G. pr. n.e. , postavljani su uz hramove, a pri motritelji bili su svećenici.)

Egipat - Prvi hidrotehnički objekti u Egiptu sežu u daleku prošlost - najraniji poznati zapisi spominju

kanale za navodnjavanje još iz doba kralja Škorpiona iz prve dinastije (oko 3200 pr. n. e.), a kralj Menes,

također iz prve dinastije, dao je izgraditi branu za skretanje vode Nila.

Oko 2850 g. pr. n. e. Izgrađena je u Egiptu velika brana Sadd el-Kafara, čiji ostaci i danas postoje.

Brana Orentes izrađena je 1300. G. pr. n. e., Amenemhatova brana(1850 g. pr. n. e. ) duljine 36 km.

Mezopotamija – problem suvišne vode-drenažni sustavi

Perzijanci su se isticali gradnjom qanaata-tunela izgrađenih u jednoličnom padu od izvorišta do

vodoopskrbnog mjesta, često presijecajući i vodonosni sloj čime je služio i kao kaptažna građevina.

Kina – izgradnja brana i nasipa za zaštitu od poplava.

Stara Indija i Grčka- prve ideje o kruženju vode u prirodi.

2.Opće značajke sustava

Sustav je skup elemenata povezenih u jedinstvenu strukturu tako da tvore cjelinu – ta se struktura formira

radi realizacije nekih ciljeva, djeluje u nekoj okolini, te ima ulaze i izlaze.

Značajke sustava:

Sustav čini skup elemenata izdvojen kao cjelina iz okruženja,

Kroz interakcije dijelova ostvaruju se zajednički ciljevi,

Postoji stalna interakcija sa sustavnim okruženjem,

U sustavu se obavlja transformacija i razmjena energije, materije i informacija

Osnovni zadatak sustava je taj da utječe na ulaze koji se mogu potpuno ili dijelom kontrolirati tako da se

maksimiziraju poželjni izlazi i minimiziraju nepoželjni izlazi.

3.Bilanciranje vodnih resursa

U bilancnim razmatranjima oborina uglavnom predstavlja ulaz, a otjecanje izlaz.

Za svaki hidrološki sustav može se napisati jednadžba vodna bilanca – za neko određeno vrijeme

diskretizacije procesa:

U - I = V

U- volumen vode koji ima karakter ulaza u taj sustav

I – volumen vode koja ima karakter izlaza iz tog sustava

V – promjena mase u analiziranom sustavu- ograničenom prostoru tijekom određenog vremena

Bilanciranje je složen zadatak ponajviše zbog :

→ toga što obično nedostaju potrebni kvalificirani pokazatelji o pojedinim elementima vodne

bilance

→ količina vode u pojedinim komponentama variraju u vremenu (dominantan utjecaj geoloških i

klimatskih značajki)

Bilanciranje treba koristiti kao metodu pri analizi vodnogospodarskih sustava da bi se dobila stvarna slika

kretanja vode unutar promatranog sustava te odnosa tog sustava i okoline.

4.Osnovne značajke otjecanja

Otjecanje je dio oborina koji preostaje nakon svih nepovratnih gubitaka, te dotječe u recipijent

(podzemlje, vodotok ili more). Javlja se s vremenskim zakašnjenjem s obzirom na oborine.

Gubici vode u slivu – razlika između ukupno palih i oteklih oborina

POVRŠINSKO OTJECANJE

Promjenjivo u vremenu i prostoru, na njega utječu razni čindbenici:

-klimatski(oborine, isparavanja, temperature, vjetrovi, vlažnost zraka...)

-geografski (veličina i oblik slivova, reljef, gustoća riječne mreže, zalihe snijega, jezera močvare,

ledenjaci...)

-geološki(geološke značajke terena, propusnost terena...)

-biološki(biljni pokrivači, biocenoza...)

-antropogeni(čovjekovi zahvati u vodnim resursima, poloprivredne aktivnosti, izgradnja...)

Za integralno upravljanje vodnim resursima nužno je i kvantitativno i kvalitativno promatrati vodne

resurse u cjelovitosti njihova hidrološkog sustava.

GEOGRAFSKI I GEOLOŠKI UTJECAJI NA OTJECANJE:

1. Veličina sliva- granice sliva

Površinske vododjelnice(topografska, orografska, hidrografska)

Podzemne vododjelnice(hidrološka ili hidrogeološka) – obično promjenjive tijekom vremena

2. Oblik sliva- o njemu ovisi brzina koncentracije voda- max. protoke

3. Visinski položaj sliva – o njemu ovisi odnos snježnih i kišnih oborina, veličina isparavanja,

zaleđivanja, utjecaj leda i snjega na dinamiku otjecanja. Karakteriziran srednjom nadmorskom

visinom sliva

4. Nagib terena – utječe na veličinu infiltracije-poniranja, slijevanja, vlažnost zemljišta, a time i

veličinu dotjecanja u podzemlje i rijeke. Utječe na vrijeme površinskog otjecanja. (Izražava se

prosječnim padom sliva).

5. Gustoća riječne mreže – što je veća gustoća, brže je slijevanje, te je veća brzina koncentracije.

6. Geološke značajke terena utječu na formiranje riječne mreže. Što je propusnost veća gustoća

riječne mreže je manja. Veća propusnost manja površinska otjecanja.

7. Jezera i druge retencije – utječu na izravnanje toka. Smanjuju max protoke i povećavaju

minimalne.

8. Led i snijeg – djeluju slično kao retencije. Nagla topljenja snjega i leda – pojave poplava

UTJECAJI VEGETACIJE NA OTJECANJE

-10-30 % vode nikada ne dospije do tla

-Doprinosi ravnomjernom otjecanju kod kišnih i snbježnih oborina, ali i troši vodu –problem u aridnim

krajevima

-Pozitivan utjecaj na smanjenje erozije, kakvoću vode i dinamiku zapunjavanja retencija.

5.Površinske retencije voda

To su jezera, močvare, akumulacije i vodospremnici.

To su dijelovi sustava površinskih voda u kojima se ona sprema – zadržava.

Volumen – najvažnija značajka – određuju je krivulje površine i volumena u ovisnosti o (nadmorskoj)

visini.

O volumeni i količini dotoka zavisi i dinamika izmjena vode.

Prirodne retencije – ponašanje u skladu s prirodnim karakteristikama sustava i njegova okoliša, a

dotjecanja i istjecanja nisu regulirana. Radi se o posebno osjetljivim sustavima, pa je posebno naglašen i

problem kakvoće voda u njima. Umjetni-regulacija režima.

Gubici vode putem isparavanja, poniranja i produciranja.

6.Podzemne vode

Infiltracija – otjecanje(poniranje) vode u tlo. Izražava se u m/sat. Tijekom vremena /trajanja kiša se

smanjuje.

Veličina infiltracije uglavnom ovisi o dva faktora:

Karakteristikama tla

Tipu i gustoći vegetacijskog pokrova

KRETANJE VODE U TLU

Voda se u tlu kreće na razne načine-dominantna tri:

Pelikularno – kretanje vode uslijed molekularnih sila privlačenja između čestica tla i vode

Kapilarno – kretanje vode pod djelovanjem površinskog napona

Pod djelovanjem gravitacije – kod tla s većim porama – veličina kretanja određena Porozitetom (npr.

granit 1%, krške stijene obično 1-3%, šljunak 30%, glina45%)

VODONOSNICI (AKVIFERI)

Podzemna spremišta voda. Posebno složeni sustavi vodonosnika u kršu.

Kapacitet vodonosnika – ovisan o njegovim dimenzijama (volumen) i veličini poroziteta.

Ve – efektivni volumen podzemnih voda

Vt – ukupni volumen prostora koji ispunjava podzemna voda

p – srednja vrijednost poroziteta za cjelokupni prostor

Koeficijent uskladištenja površinskih i podzemnih voda – međuodnos efektivnog volumena (Ve) i

volumena srednjeg godišnjeg dotoka (Vs). Pokazuje koji dio ukupnog volumena sudjeluje u opskrbi –

koliko je raspoloživog kapaciteta aktivno.

RAZINA PODZEMNIH VODA

Razina podzemne vode je vršni dio saturirane zone podzemne vode. Ispod nje su sve pore tla ispunjene

vodom, a iznad su djelomično ili potpuno bez vode. Neposredno iznad razine vode prostire se tanki sloj

kapilarne vode iznad kojeg je u pravilu prostor dijelom ispunjen zrakom.

Ovisno o položaju razine podzemnih voda, položaju okolnog prostora i drenažne baze, formirat će se

režim istjecanja podzemnih voda.

7.Specifičnosti podzemnih voda u kršu i priobalju

Podzemne vode u kršu imaju specifične značajke koje proizlaze iz specifičnih hidrogeoloških i geoloških

značajki krša, koje je u pravilu vrlo nehomogeno područje. Infiltracija u krš – od difuznih do

koncentriranih većih utoka. Tečenja u krškom podzemlju – od difuznog do otvoreno turbulentnog toka.

Tečenje je uglavnom vrlo brzo, a odvija se i prijenosom pritisaka.

Izučavanje vodne bilance u kršu je složenije nego li u drugim strukturama.

Za neki krški sliv može se predstaviti međuodnosom:

P = O + EPT – D + I

P – oborine

O – otjecanje površinskim vodotocima

EPT – evapotransporacija

D – dotoci u sliv iz susjednih slivova ili dubokih vodonosnika

I – istjecanja izvan riječnog sliva

Problem je što su i dotoci „D“ i istjecanja „I“ uglavnom slabo kontrolirani.

8.Opći principi korištenja vodnih resursa

Voda u prirodi kruži – vodni resursi su obnovljivi. No na zonalnoj, regionalnoj i lokalnoj razini mogu se

tijekom vremena bitno mjenjati, tako da praktički i nestanu na tom prostoru, ili im se kakvoća toliko

promjeni da više nisu podobne za uporabu.

Čovjek svojojm aktivnošću vrši značajan utjecaj koji na toj razini mijenja značajke hidrološkog ciklusa i

kakvoću voda.

Aktivnosti čovjeka u odnosu na vodna bogatstva su usmjerena povećanje njihova aktivnog korištenja, te

povećavanju količina na mjestima i u vremena kada je voda potrebna.

Osnovni ciljevi zahvata voda:

Izravnanje i akumuliranje voda kako bi bile na raspolaganju u što duljem razdoblju

Transport vode s područja gdje je ima površine s obzirom na lokalne potrebe, u područja gdje su potrebe

veće od raspoloživog resursa.

13.Poplave i mjere za njihovo sprečavanje i ublažavanje posljedica

Poplava je pojava neubičajeno velike količine vode na određenom mjestu zbog djelovanja prirodnih

sila(velika količina oborina, topljenje snijega) ili drugih uzroka kao što su propuštanje brana, ratna

razaranja i slično.

Provodi se uređenje vodnog režima u cilju zaštite od poplava, te osiguranja mogućnosti korištenja voda za

različite namjene. To se postiže provedbom strukturalnih (graditeljskih) i nestrukturalnih (upravljačkih)

mjera, i to kako radovima na uređenju samih vodnih tokova, tako i radovima na uređenju samoga sliva.

Sastavni dio tih mjera su i regulacijski radovi –zahvati kojima se provodi uređenje prirodnih vodnih

tokova i njihovih slivova u cilju sređivanja vodnog režima kojime se omogućuje korištenje voda, zaštita

od štetnog djelovanja voda i zaštita samih voda.

Zadatak reguliranja prirodnih vodotoka ogleda se:

U sabiranju, čuvanju i kontroliranom korištenju raspoloživih vodnih količina (iz razloga što te vodne

količine nisu neogranične)

U otklanjanju ugrožavanja i nastanka značajnijih šteta na postojećim materijalnim dobrima zbog

nekontroliranog otjecanja velikih vodnih količina iz nereguliranih (neuređenih) prirodnih vodnih tokova

U zaštiti kvalitete, količine (biološki minimum) i položajne komponente vodnih resursa.

Regulacijski zahvati podrazumjevaju graditeljske aktivnosti kojima se korigira vodna linija vodotoka,

pogodnim formiranjem riječnog korita, osiguranjem dna i obala, gradnjom ustava i brana te

kanaliziranjem rijeka kao plovnih putova.

14.Značajke površinske riječne mreže

Prema osnovnim osobinama prirodni vodotoci mogu se podijeliti na:

1. Protoke

Brdske(bujične i bistre)

Ravničarske (s pokretnim i nepokretnim dnom)

2. Rijeke

Brdske(bujične i bistre)

Ravničarske (s pokretnim i nepokretnim dnom)

PROTOCI

Protoci su manji, stalni ili privremeni tokovi koji se uglavnom javljaju u gornjim dijelovima riječnih

slivova. Imaju relatvno strmi pad i vrlo izraženu promjenu hidrološkog i hidrauličkog režima.

Za vrijeme velikih voda često dolazi do pokretanja relativno krupnog i čvrstog (kamenog) materijala sa

sliva (nanosa), koji setransportira zajedno s vodom u vidu vučenog ili suspendiranog nanosa.

RIJEKE

Rijeke su veliki i vrlo veliki vodotoci koji se formiraju na većim slivnim područjima. Imaju gornji,

srednji i donji tok.

Zbog velike energije vodnog toka, u gornjim dijelovima sliva rijeke razvijeni su procesi erozije –

produkcije nanosa, u srednjem toku taj se nanos uglavnom transportira do donjeg toka gdje se taloži.

Pri tome se generalno smanjuju padovi vodotoka, a uslijed trošenja i usputnog deponiranja većeg nanosa,

smanjuju se i čestice nanosa voda nosi.

Gornji tok-karakteriziraju relativno veliki uzdužni padovi (pretežno iznad 1%), nagle promjene

hidroloških i hidrauličkih parametara, velika energija toka i uglavnom intenzivan proces dubinske erozije.

Srednji tok – karakteriziraju blaži uzdužni padovi (oko o,5 do 5 %o) i promjene hidroloških i

hidrauličkih veličina manjeg intenziteta. Promatrano kroz dulje razdoblje, riječno korito je na potezu

srednjeg toka relativno stabilno, što ukazuje na određenu ravnotežu između raspoložive energije toka i

količine riječnog nanosa koji pristiže s uzvodnih dionica i prinosi se nizvodno.

Donji tok – počinje od ulaska rijeke u ravnicu. Na ovom dijelu toka rijeku karaktriziraju relativno mali

uzdužni padovi, velike količine sitnijeg nanosa i nestabilno riječno korito s ozraženom bočnom erozijom.

Brdske rijeke – nastaju u višim dijelovima riječnih slivova. Karakterizirane su srednjim padovima,

izraženim promjenama hidrološkog režima i silovitim hidrauličkim režimom, te relativno krupnijim

riječnim nanosom. Mogu biti bujične ili bistre, ovisno o obraštenost sliva.

Ravničarske rijeke – razvijaju svoje korito u nižim dijelovima sliva. Od brdskih rijeka se razlikuju

padovima, hidrološkim promjenama manjeg intenziteta i poglavito mirnim hidrauličkim režimom.

Ravničarske rijeke u pravilu teku širokim aluvijalnim dolinama, tj. formiraju svoje korito u vlastitom

nanosu.

Na nižim dijelovima toka prevladava suspendirani nanos koji se najbrže taloži na ušću vodotoka u more

uslijed el. Naboja čestica.

15.Razvoj i morfološki elementi riječnih korita

Uslijed djelovanja gravitacije voda nastoji teći u smjeru najvećeg pada birajući put najmanjeg otpora,

kako di disipacija energije toka bila što manja. Međutim riječni tok nailazi na prepreke i otpore tečenju.

Veće prepreke i otpori otklanjaju vodni tok od tečenja po pravcu. Budući da vodni tok istodobno djeluje i

na prepreke, kod prirodnih se vodotoka samo na kraćim potezima nalaze pravci, odnosno vodotok

pretežno krivuda.

Zbog jakog erozijskog djelovanja vodne struje na konkavama (vanjskim stranama obale) i taloženja na

konveksama (unutarnjim stranama obale), krivine postaju sve izraženije, rijeka vijuga, tj. dolazi do

meandriranja. Riječni se tok sastoji iz krivina (meandara), a samo na kraćim dionicama je tečenje u

pravcu. Meandri nemaju stalan oblik, već se tijekom vremena pomiču nizvodno – putujući meandri.

Prilikom reguliranja prirodnih tokova moraju se uvažavati prirodne morfološke zakonitosti toka – uočio i

formulirao ih u 6 zakona još Fargue (1868):

1. Najveća dubina vode je u matici nizvodno od tjemena najoštrije krivine za dvije širine riječnog

toka, a najmanja dubina je na prijelazu između jedne krivulje u drugu i to za dvije širine riječnog

korita nizvodna od mjesta infleksije . ZAKON ODSTUPANJA

2. Što je krivina oštrija, veća je dubina vode u matici. ZAKON NAJVEĆIH DUBINA

3. Da se ne bi formirale nepovoljne dubine težiti da dužina krivine ne bude ni suviše duga ni suviše

kratka, ZAKON HODA. U stvari, regulacija treba da se sastoji na izmjenice od pravaca i krivina.

Krivine treba da su što blaže, jer su preoštre djeluju nepovoljno na protjecanje vode.

4. Kod svih krivina odnos kuta između tangenata i dužine krivne trebao bi da bude konstantan. Ovaj

odnos se naziva specifična krivina. ZAKON KUTA

5. Uzdužni profil korita je pravilan ako su promjene u zakrivljenosti pravilne i postepene. Krivine

treba da prelaze jedna u drugu-ZAKON KONTINUITETA

6. Što je krivina manjeg promjera pad opada, i obrnuto, što je krivina većeg promjera pad raste-

ZAKON PADA DNA

Pad vodnog lica na nekoj dionici nije konstantan već uz konfiguraciju dna i obale ovisi o razini vode.

Kod regulacija vodotoka koji završavaju u moru ili npriobalnoj zoni drugih, većih vodotoka, pad vodnog

lica uvjetovan je razinom mora.

Prirodno riječno korito nastaje kao rezultat uzajamnog djelovanja tekuće faze (vode) i čvrste faze

(riječnog nanosa u pokretu i nanosa u kome je voda formirala svoje korito.

Riječno korito se neprestalno mijenja. Karakter promjena ovisi o energiji toka vode i bilanci riječnog

nanosa. Ukoliko su ulazne količine nanosa na jednoj riječnoj dionici jednake izlaznoj, korito se nalazi u

stanju u stanju labilne ravnoteže. Ako su izlazne količine manje taloženje nanosa, a ako veće-erozija

korita. Kao rezultat prirodnih procesa kod nereguliranih korita, riječno korito neprestano mijenja svoj

položaj, odnosno svoju trasu. Pri tome često ugrožava i potkopava i poljoprivredne površine u takvim

nestabilnim dolinskim tokovima. Stoga je jedan od zadataka koji se postavlja pred projektante

regulacijskih radova stabilizacija jedne određene trase, kako bi se spriječilo nekontrolirani razvoj

meandara.

16.Nanos u vodotocima i sedimentacijski procesi na ušćima i donjim dijelovima toka

Psalmologija – znanost o riječnom nanosu. Nanos dospijeva u vodotoke kao posljedica površinske

erozije(razaranje strukture tla uslijed djelovanja kišnih kapi i vode – generira u najvećoj mjeri

suspendirani nanos) i dubinske erozije (posljedica strujanja vode u koritima – generira u najvećoj mjeri

vučeni nanos). Suspendirani nanos dospijeva u vodotoke i kao posljedica ispiranja urbanih onečišćenja,

kao i usitnjavanjem vučenog nanosa u koritima.

Granična vrijednost suspendiranog (lebdećeg) i vučenog nanosa ovisi o turbulenciji strujanja te veličini i

obliku zrna, odnosno o Freudeovom broju.

Nanos se vuče po dnu djelovanjem pokretne sile koja se javlja tijekom trajanja većih protoka.

Nanos koji se kreće nekim vodotokom po njegovu ušču pronosi se drugim vodotokom, ili ubrzano

sedimentira ukoliko se ušče nalazi u morskom zaljevu ili nekoj akumulaciji ili jezeru – kako zbog naglog

smanjivanja brzina, tako i zbog promjena el. naboja na česticama suspendiranog nanosa.

Sedimentacijski procesi u estuarijima ne ovise samo o riječnom donosu i energiji sedimentacijskog

okoliša (energija valova i energija morskih mijena) već i o mineraloškim i površinskim

fizikalno.kemijskim značajkama suspendiranog materijala i sedimenata. Te značajke utječu na

međudjelovanje mineralnih čestica s otopljenim organskim i anorganskim kemijskim spojevima u

riječnom i morsim vodenim sustavima, a time i na biogeokemijsko kruženje tvari, procese flokulacije i

sedimentacije, te na formiranje značajki sedimentacijskog prostora.

Flokulacija je uvjetovana neutraliuzacijom površinskog naboja zbog adsorpcije dvovalentnih kationa

prisutnih u morskoj vodi. Efikasnost flokulacije ovisi o broju međudjelovanja (sudara) među česticama tj.

o njihovoj koncentraciji u vodenom sustavu. Nedvojbeno, procesi flokulacije i sedimentacije sitnozrnatog

glinovitog materijala na istraživanom području estuarija rijeke Raše značajno su intenzivniji u morskom

nego u riječnom vodenom sustavu.

Brzina taloženja ovisi o režimu strujanja tekućina, odnosno o Reynoldsovom broju, kao i o razlici u

gustoći između čestica koje tonu i gustoće fluida u kojima čestice tonu, promjenu čestica, gravitaciji i

viskoznosti fluida. Pri laminarnom strujanju vrijedi Stokesova jednadžba koja opisuje brzinu taloženja pri

čemu se pretpostavlja stacionarno kretanje kuglaste čestice kroz tekućinu pri vrlo malim Reynoldsovim

grojevima, pri turbulentnom režimu vrijedi Newtonov zakon, a postoji i prijelazno područje.