INŽENJERSKA HIDROLOGIJA - hikom.grf.bg.ac.rshikom.grf.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2018/09/InzHidrol_Uvodno... · 28.9.2017. 3 HIDROLOGIJA Definicija: • geofizička nauka koja proučava

28.9.2017.

1

INŽENJERSKA HIDROLOGIJA

GrađevinskifakultetUniverzitetauBeogradu::StudijskiprogramGrađevinarstvo,ModulHVE

Inženjerska hidrologija

Vsemestar,5ESPB,nedeljnifondčasova:2+2 Rasporedčasova

• utorak10‐12(319)• četvrtak8‐10(111)

Nastavnici:• v.prof.drJasnaPlavšić• doc.drAndrijanaTodorović• doc.drBudoZindović• OgnjenGovedarica

Uslovnipredmeti:Hidrologija(IVsemestar)

2

28.9.2017.

2


Bodovanje• kolokvijumi: 2x15(pragznanja50%)• prisustvonapredavanjima:5• elaborat(predajavežbinavremeiodbrana): ±5+10• ispit:pismeni30 (pragznanja60%),usmeni20

Elaborat(10zadataka):• zadacisepredajuuzadatomroku• predajazadatkanavreme0,5poena;kašnjenje–0,5poena

Uslovzapotpisiizlazaknaispit:odbranjenelaboratidovoljnoprisustvonavežbamaipredavanjima• prisustvo napredavanjima:80%• prisustvonavežbama:90%(dozvoljenjejedanizostanak)

POTREBNOJEPOLOŽITIIPISMENIIUSMENIDEOISPITA3


Literatura• S.Jovanović:Hidrologija(poglavljeIITehničara6),1990.• J.PlavšićiZ.Radić:Inženjerskahidrologija– rešenizadaci,2015.• V.VukmirovićiD.Pavlović:Primenjenahidrologija– zbirkazadataka,2005.• S.Jovanović:Parametarskahidrologija,1975.• S.JovanovićiZ.M.Radić:Zadaciizhidrologije,1991.• Materijalinapredmetnojinternetstrani

Internetstranapredmeta• http://hikom.grf.bg.ac.rs/category/predmeti/inzenjerska‐hidrologija• skripta,prezentacijesapredavanja,primeri• Materijaliiztekućeiprethodnihskolskihgodina

4

28.9.2017.

3

HIDROLOGIJA

Definicija:• geofizičkanaukakojaproučava

vodenaZemlji,njihoveosobine,prostorni ivremenski rasporedikretanje uprirodi

• naukaohidrološkomciklusu(neprestanomkruženjuvodenaZemlji)

5

INŽENJERSKA HIDROLOGIJA

Praktičnaprimenahidrologijekaonaukeurešavanjuinženjerskihzadataka,posebnouhidrotehniciivodoprivredi

6

28.9.2017.

4

Hidrološki ciklus

padavinena kopno

atmosferskavlaga

padavinena okeane

isparavanjesa okeana

isparavanjesa kopna

isparavanjei transpiracija

površinskitokovi

podzemni tokpodzemne vode

potpovršinski tok

nepropusnotlo

zemljišnavlaga

površinskioticaj

infiltracija

7

Hidrološki ciklus

Naukekojesebavedelovimahidrološkogciklusa• hidrologijaupraksi:običnosebavislatkimvodama• okeanografija:vodeumorimaiokeanima• meteorologija:vodauatmosferi• hidrogeologija:vodaulitosferi(podzemnevode)• klimatologija,geografija,ekologija...

Delovihidrološkogciklusaznačajnizahidrotehniku• prevashodnopovršinske

ipodzemnevode

8

28.9.2017.

5

Globalne količine voda

UkupnakoličinavodenaZemljijepribližnokonstantnaiiznosi1386milionakm3 ili1.36milijardimilijardim3

Reke0.0002%

Zemljišna vlaga0.0012%

Biološka voda0.0001%

Jezera i močvare0.014%

Atmosferska voda0.001%

Okeani96.5%

Ostali led i sneg0.025%

Podzemne vode1.7%

Polarni led1.7%

Ukupneslatkevode:2.5%9

Raspoložive vode u različitim delovima sveta

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1950 1960 1970 1980 2000

103 m

3 /god

. po

stan

ovn

iku

Evropa

Severna E.

Centralna E.

Južna E.

10

28.9.2017.

6

Uloga hidrologije u hidrotehnici i vodoprivredi

KORIŠĆENJEVODA ZAŠTITAVODA ZAŠTITAODVODA

Objekti,radovi,merezaispunjenjevodoprivrednihciljeva

} Upravljanje vodamaili

VODOPRIVREDA

HIDROTEHNIKA}

11

Vodoprivreda

KORIŠĆENJEVODA – Potrebezavodom• zapićeipripremuhrane• zaodržavanjehigijene• zaproizvodnjuhrane• zaproizvodnjuelektričneenergije• zaplovidbu• zarekreaciju...

Problemraspoloživosti voda

12

28.9.2017.

7

Vodoprivreda

ZAŠTITAVODA – Obezbeđenjekvalitetavoda• kontrolazagađenja• prečišćavanjevoda• kontrolamalihvoda• ...

Problemupotrebljivosti voda

13

Vodoprivreda

ZAŠTITAODVODA – Zaštitaodštetnogdelovanjavode• zaštitaodpoplava• odvođenjevodasasaobraćajnicaigradskih

površina• odvodnjavanjepolj.površinaidrugedrenaže• zaštitaoderozije• ...

Problemsmanjenjarizika odštetnogdejstvavoda

Jaša Tomić, april 2005.

Beograd, jun 2003. 14Obrenovac, maj 2014. Tamnava, maj 2014.

28.9.2017.

8

Izmene prirodnog hidrološkog ciklusa

Navodnjavanje

Navodnjavanje

Snabdevanje naselja vodom

Snabdevanje industrije vodom

Odbranaod poplava

akumulacija

rezervoar

Snabdevanje naselja vodom

Odvođenje otpadnih voda

Odvođenje otpadnih voda

vodotok

Proizvodnja el. energije

Plovidba,turizam

Prečišćavanje vode za piće

Prečišćavanje otpadnih voda

+ promene na slivovima:‐ urbanizacija‐ seča šuma‐ đubrenje zemljišta

15

Predmet i zadaci inženjerske hidrologije

Praktičnaprimenahidrologijekaonaukeuinženjerskimzadacima

Procenakoličinaikvalitetavode,njenograsporedaidinamike Osnovazaplaniranjeiprojektovanjehidrotehničkihobjekataivodoprivrednihsistemaiupravljanjenjima

16

28.9.2017.

9


Inženjerskahidrologijautvrđuje:• zahidrocentrale:rasploživekoličinevodeureci• zanavodnjavanje:potrebebiljakazavodom,analizakiša,analiza

podzemnihvoda,raspoloživekoličinevodezazahvatanje(određivanjeMANJKAvode)

• zaodvodnjavanje:...(određivanjeVIŠKAvode)• zazaštituodvelikihvoda(poplava)imalihvoda(suša):analiza

verovatnoćepojaveekstremnihprotoka/zapremina• ...

17


Odgovorinapitanjakaoštosu:• Kolikiprotokvelikevodesemože

očekivatinaprelivubrane,ispodmosta,krozpropust,usistemukišnekanalizacije?

• Kolikatrebadabudezapreminaakumulacijedabiseobezbedilonavodnjavanjeilisnabdevanjenaseljavodomtokomsušnihperioda?

• Kakvisuefektiuređenjavodotoka(nasipa,akumulacija...)navelikevodejednereke?

18

28.9.2017.

10

Metode i postupci u hidrologiji za utvrđivanje količina, rasporeda i dinamike voda

OSMATRANJAIMERENJAHIDROLOŠKIHPROCESA• najdirektnijinačinzadobijanjepotrebnihinformacijaorežimuvoda• štoviše,tobolje!• potrebnakontinualnamerenjaištogušćepoprostoru(idealkojiseretko

dostiže)

19

Metode i postupci u hidrologiji za utvrđivanje količina, rasporeda i dinamike voda

MODELIRANJE• proračuniveličinakojesenemerenaosnovu

izmerenihveličina• vrstemodela/proračuna:

• modelifizičkihprocesa(hidrodinamičkizakoniisl.):neophodanvelikistepenuprošćenjazbogsloženostiprocesa

• konceptualnimodeli(sistemskipristup):različitstepenpojednostavljenja

• statističkimodeli(razmatranjeverovatnoćepojavehidrološkihveličina,korelacijairegresija)

model(sliv)

ulaz(P)

izlaz(Q)

01

de IIx

h

x

v

g

v

t

v

g

P(x)

x

xp

p 20

28.9.2017.

11

Program rada

Hidrologija

• Uvod– Hidrološkiciklus– Ulogahidrologijeuhidrotehniciivodoprivredi

• Hidrološkiprocesi– Opisi– Merenja– Obradapodataka

• Statističkaanalizahidrološkihpodataka

Inženjerskahidrologija• Hidrološkeanalizeimodeliranje– Bilansvodanaslivu– Analizaoticaja– Vezaizmeđupadavinaioticaja

• Hidrološkiproračuni– Računskekiše– Ocenarežima(srednjihvoda)– Ocenavelikihvoda– Ocenamalihvoda

21

Principi modeliranja: Bilans voda

Principodržanjamase– jednačinakontinuiteta– bilansvoda

Potrebnodefinisati:• područjezaizradubilansa• periodzaizradubilansa

22

ULAZ– IZLAZ=PROMENAZAPREMINE

∆ 0 →zatvorensistem∆ 0 →otvorensistem

∆

ulaznazapremina

izlaznazapremina

razlikazapremina

ulaz izlazpromenazapremine

28.9.2017.

12

Hidrološki ciklus na slivu

Ciklusoticaja– deohidrološkogciklusanaslivu• oddospevanjapadavinanatlododospevanjavodeurečnumrežu

23

PADAVINE

ISPARAVANJETRANSPIRACIJA

POVRŠINSKIOTICAJ

PROTOKUREKAMA

INFILTRACIJA

PODZEMNIOTICAJ

POTPOVRŠINSKIOTICAJ PERKOLACIJA

Ciklus oticaja – procesi

• Padavine– kiša:bržepojavljivanjenaizlaznom

profilusliva– sneg:dužezadržavanjenaslivu

• Isparavanje– savegetacije(posleintercepcije)– sapovršinetla(površinskedepresije)– izotvorenihvodenihpovršina(jezera)– iztla– transpiracija

• Oticaj– popovršiniterena(površinskotečenje)– ispodpovršineterena(posle

infiltracije)• kroznezasićenuzonu

(potpovršinskioticaj)• poniranjeudubljeslojeve

(perkolacija)• strujanjepodzemnihvoda

(podzemnioticaj)

• Ukupniprotoknaizlaznomprofilučine– površinskioticaj– potpovršinskioticaj(sporiji)

– podzemnioticaj(najsporiji)

• Zadržavanjevodenaslivu– „rezervoari“– vegetacija,sneg,depresije,jezera,tlo...

24

PADAVINEISPARAVANJETRANSPIRACIJA

POVRŠINSKIOTICAJ

PROTOKUREKAMA

INFILTRACIJA

PODZEMNIOTICAJ


28.9.2017.

13

Bilans voda na slivu

Bilansvodanaslivusečestoizražavakroztrikomponente:padavine,oticajigubici• Oticaj=deopadavinakojisekrećepopovršiniiliispodpovršineterenai

dospevadoizlaznogprofilasliva• Gubici=deopadavinakojisenepretvoriuoticajnaizlaznomprofilusliva

• gubitaksagledišta„upotrebljivosti“padavinakojedospevajunapovršinusliva,tj.vodakojasenemožeupotrebitiuvodoprivrednesvrhe

25

Padavine

Oticaj Gubici


POVRŠINSKIOTICAJ

PROTOKUREKAMA

INFILTRACIJA

PODZEMNIOTICAJ



Višegodišnjibilansvoda

Padavine– Evapotranspiracija– Oticaj=0

26

PADAVINE

ISPARAVANJETRANSPIRACIJA

POVRŠINSKIOTICAJ

PROTOKUREKAMA

INFILTRACIJA

PODZEMNIOTICAJ


28.9.2017.

14


Kratkoročnibilansvoda

Bilansnapovršinisliva:Padavine– Isparavanje – Infiltracija– Površinskioticaj=ΔV(vodaudepresijamailinavegetaciji)

Bilansispodpovršinetla:Infiltracija– Transpiracija–Potpovršinskioticaj– Podzemnioticaj=ΔV(vodazarobljenauzasićenojinezasićenojsredini)

Bilansvodauvodotoku:Površinskioticaj+Potpovršinskioticaj+Podzemnioticaj=Protokurekama

27


POVRŠINSKIOTICAJ

PROTOKUREKAMA

INFILTRACIJA

PODZEMNIOTICAJ



Veomakratkoročnibilanstalasavelikihvoda

28

Bilansnapovršinisliva:Padavine– Isparavanje – Infiltracija– Površinskioticaj=ΔV(vodaudepresijamailinavegetaciji)

Bilansispodpovršinetla:Infiltracija – Transpiracija –Potpovršinskioticaj– Podzemnioticaj=ΔV(vodazarobljenauzasićenojinezasićenojsredini)

Bilansvodauvodotoku:Površinskioticaj+Potpovršinskioticaj +Podzemnioticaj=Protokurekama


POVRŠINSKIOTICAJ

PROTOKUREKAMA

INFILTRACIJA

PODZEMNIOTICAJ


28.9.2017.

15


VAŽNO!Konverzijaulaznihiizlaznihveličinauzapremine

– Padavine:VP (106 m3)=P (mm)*A (km2)/103

– Isparavanje:VE (106 m3)=E (mm)*A (km2)/103

– Infiltracija:VF (106 m3)=F (mm)*A (km2)/103

– Oticaj:Vo (106 m3)=Q (m3/s)*Tgod (dani)*24*3600/106

29

površinaslivaA (km2)

protokQ (m3/s)

padavineP (mm)

infiltracijaF (mm)

isparavanjeE (mm)

Bilans voda na slivu – primer

PrimergodišnjegbilansanaZapadnojMoravidov.st.Jasika(2008)• naosnovuosmotrenihpadavinaiprotokanaizlaznomprofilusliva

Bilans:VP – VET – Vo=0

– Padavine:VP =760mm*14721km2 =11188*106 m3

– Oticaj:Vo =75m3/s*366dana*24*3600=2365*106 m3

– Evapotranspiracija:VET =Vp – Vo =(11188– 2365)=8823*106 m3

ET =VET /A =8823*106 m3 /14271km2 =618mm

30

A =14721km2

P =760mm

Qsr,god =75.0m3/s

ET =?

28.9.2017.

16

Sliv – osnovna hidrološka jedinica

Sliv =deokopnasakojesvavodaotičedoodređenetačke(najednomvodotoku,nasastavudvavodotokailinaušćuujezeroilimore)

Izlazniprofilsliva=tačkaukojojseskupljasavoticajsarazmatranogsliva

Slivprikupljavodukojadospevananjegovupovršinuiusmeravajekaizlaznomprofilurazličitimputevima

31

Sliv

Vododelnica

Pritoke

Reka

Izlazniprofilsliva

Sliv

32

28.9.2017.

17

Sliv

33

Aerialviewofrural,semi‐aridArizona,USAshowingsmallshrubsandtreesoutliningbasinwaterwaysandfeatures

Sliv – vododelnica

Granicasliva=vododelnica• topografska• hidrološka

Topografskavododelnicaseodređujenaosnovutopografskihkaratailidigitalnihmodelaterena

34

izlazniprofilsliva

vododelnica

28.9.2017.

18

Sliv – topografska i podzemna vododelnica

35

topografski sliv

padavine

infiltracija

izviranje vodedeo oticaja

efektivni sliv

nepropusno tlo

efektivni sliv

stenska masa sa pukotinama

isparavanje

topografski sliv

Tokpodzemnihvodaizjednogslivaudrugi

Primersituacije gdesetopografskavododelnicanepoklapasahidrološkomvododelnicom

Sliv ‐ vododelnica

Određivanjetopografskevododelnicenaosnovutopografskekarte

36

28.9.2017.

19

Fizičke karakteristike sliva

Veličina(površina)sliva Reljef

• diktiraputevevode• utičenapadavineitemperature• visinskapredstava– zastupljenostnadmorskihvisinanaslivu• nagibsliva

Dužinaigustinarečnemreže Vegetacionipokrivač Namenapovršina Pedološkekarakteristike Geološkisastav

37


Primenageografskihinformacionihsistema• Prikazterenaudigitalnomobliku=digitalnimodelterena

• rasterskiprikaz(mrežakvadratnihelemenata/piksela)zateren,pokrivačidrugeprostornekarakteristike

• vektorskiprikaz(tačke,linijeipoligoni)zarečnumrežu

• Olakšavaodređivanjegranicesliva,površinesliva,glavnogtoka,rečnemreže,nagibasliva,nagibaglavnogtoka

38

28.9.2017.

20


Visinskapredstavasliva

39

izohipse rasterskidigitalnimodelterena


Zastupljenostnadmorskihvisina– hipsometrijskakriva

Nadmorska visina(mnm)

Brojpiksela n

Površinasliva

A (km2)

Kumul.povr.

A (km2)od do200 300 2449 19.72 470.60300 400 12459 100.32 450.88400 500 9718 78.25 350.56500 600 9527 76.71 272.31600 700 8487 68.34 195.60700 800 7109 57.24 127.26800 900 5552 44.71 70.01900 1000 2411 19.41 25.311000 1100 355 2.86 5.891100 1200 141 1.14 3.041200 1300 113 0.91 1.901300 1400 90 0.72 0.991400 1500 26 0.21 0.271500 1600 7 0.06 0.06

1piksel=0.00805km2

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 100 200 300 400 500

Z(mnm

)

A(km2)

Hipsometrijska krivaSlivCrnogTimokadoBogovine

Prosečnanadmorskavisina:

ZdAA

Z sr1

Zsr =569.65mnm

40

28.9.2017.

21


Nagibsliva• Približnaprocenaprosečnognagibasliva:

(Li jeukupnadužinaizohipsinaslivu,ΔZ ekvidistancaizmeđuizohipsiiA ukupnapovršinasliva)

• Tačnijaprocenanaosnovudigitalnogmodelaterena

41

AZL

J iSL


Dužinatoka• L – dužinaglavnogtoka,meriseodizlaznogprofilaslivapoglavnomtoku

doizvora• Lc – dužinaglavnogtokadotežištasliva,meriseodizlaznogprofilaslivado

tačkenaglavnomtokukojajenajbližatežištusliva

C

LcL

42

28.9.2017.

22


Podužniprofilglavnogtoka ikarakterističninagibi• Isr – srednjinagibglavnogtoka• Iu – uravnatinagibglavnogtoka,računasepomoćuuravnatekoteZ*koja

seodređujeizuslova

L

ZZI sr

0max

L

ZZIu

0*

Z

Z0

x

Zmax

L

Zmax–Z0

Z*–Z0

Z*Isr Iu

podužni profil vodotoka

S

LZZdxZZS )*(2

1)( 00

43

Documents

INŽENJERSKA HIDROLOGIJA - hikom.grf.bg.ac.rshikom.grf.bg.ac.rs/wp-content/uploads/2018/09/InzHidrol_Uvodno... · 28.9.2017. 3 HIDROLOGIJA Definicija: • geofizička nauka koja proučava