czwartek, 13 czerwca 2013

Przepływy charakterystyczne główne II stopnia (roczne) dla strugi Dąbrówki w profilu km 2+500 (Smogorzewo, most w lesie)

   Zlewnie niekontrolowane pod względem hydrologicznym wymagają szacowania wartości przepływów charakterystycznych głównych II stopnia metodami empirycznymi, np. wzorami Iszkowskiego (NNQ, SNQ, SSQ), czy ewentualnie metodami analogii hydrologicznej. Poza tymi, oficjalnie przyjętymi w praktyce hydrologicznej metodami, warto korzystać z innych, choćby z badań własnych, czy z obserwacji mieszkańców danej zlewni. Wzory Iszkowskiego, w zakresie SNQ i NNQ są bardzo zawodne i często dają wyniki o rząd wielkości wyższe niż wynikałoby to z obserwacji, czy doświadczeń własnych bądź miejscowej ludności. W praktyce, niestety, nikt nie zawraca sobie głowy tak szczegółową analizą zagadnienia. Ja jednak postanowiłem skorzystać zarówno z oficjalnych, jak i nieoficjalnych metod szacowania przepływów charakterystycznych głównych II stopnia.
     Poniżej podaję przepływy charakterystyczne główne II stopnia dla strugi Dąbrówki w profilu km 2+500 (A = 57 km2) w miejscowości Smogorzewo (most w lesie) oraz odpowiadające im wartości odpływu jednostkowego.

NNQ = 0,005 [m3/s]; NNq = 0,09 [l/s/km2];
SNQ = 0,025 [m3/s]; SNq = 0,45 [l/s/km2];
SSQ = 0,200 [m3/s]; SSq = 3,5 [l/s/km2];
SWQ = 1,90 [m3/s]; SWq = 33 [l/s/km2];
WWQ = 8,00 [m3/s]; WWq = 140 [l/s/km2].

Powyższe wartości obliczyłem metodą kombinowaną korzystając z:
- wodowskazów: Rydzyna (rz. Rów Polski), Korzeńsko (rz. Orla), Raszewy (rz. Lutynia) i Trąbczyn (rz. Czarna Struga),
- wzorów wg Iszkowskiego,
- wzoru Stachy'ego (SNQ),
- Atlasu hydrologiczne Polski IMGW 1986, 
- wyników własnych pomiarów i obserwacji;
- informacji od mieszkańców.
Na podstawie danych wodowskazowych oraz własnych wyników pomiarów i obserwacji wyprowadziłem kilka zależności, które pozwoliły na oszacowanie wartości: NNQ, SWQ i WWQ oraz weryfikację wartości: SNQ i SSQ.

    Najmniej wątpliwości budzi wartość przepływu średniego rocznego w wieloleciu (SSQ). Niezależnie od metody liczenia, uzyskuje się wartości około 200 l/s (0,200 m3/s).
Pierwsze problemy pojawiają się przy SNQ (przepływ średni niski w wieloleciu). Co prawda można go obliczyć wzorem Iszkowskiego, ale uzyskana w ten sposób wartość, około 70 l/s (0,07 m3/s), w świetle pomiarów i obserwacji, wydaje się zdecydowanie za wysoka. Korzystając z danych wodowskazowych (patrz wyżej) uzyskujemy wartości około 25 l/s (0,025 m3/s), co wygląda dużo wiarygodniej, chociaż obliczanie SNQ na podstawie wspomnianych wodowskazów, które zamykają powierzchnie zlewni rzędu setek kilometrów kwadratowych, w świetle faktu, iż na Nizinie Południowowielkopolskiej w zasadzie nie ma istotnego statystycznie związku między SNQ a powierzchnią zlewni, można mieć poważne wątpliwości. Niemniej wartość 25 l/s uwiarygadniają obserwacje oraz wyniki pomiarów.
    Szacowanie NNQ, a więc absolutnie najniższego przepływu w wieloleciu,  w przypadku zlewni niekontrolowanych, a taką jest Dąbrówka, jest obciążone znacznym błędem. NNQ to wartość o charakterze lokalnym, czy wręcz punktowym w profilu podłużnym cieku i w zasadzie nie ma wiarygodnej metody przenoszenia tej charakterystyki między zlewniami. Co prawda, jeśli wykażemy duże podobieństwo zlewni kontrolowanej i niekontrolowanej oraz podeprzemy się wynikami jednoczesnych pomiarów natężenia przepływu w obu zlewniach, najlepiej dłuższymi niż rok hydrologiczny, wskazując na istnienie jakiegokolwiek, rozsądnego związku między przepływami w strefie wody średniej niskiej i niskiej obu zlewni, to ewentualnie mając elementarne pojęcie o mechanizmie kształtowania się przepływów niskich i średnich niskich w zlewni niekontrolowanej, możemy się pokusić o oszacowanie NNQ. Dobrze jest też skonfrontować własne spostrzeżenia i wnioski z doświadczeniem i obserwacjami mieszkańców, którzy mogą jeszcze pamiętać, jak się układało zwierciadło wody w czasie susz, np. czy nie dochodziło do wysychania cieku. Według relacji jednego z mieszkańców Smogorzewa, Dąbrówka nigdy nie wyschła, natomiast najniższy przepływ w okresie jesiennej niżówki, czy już nawet suszy meteorologicznej, jaki udało mi się uchwycić, wynosi 0,015 [m3/s]. Pomocne mogą się okazać też obserwacje stanu wód podziemnych. Wobec tego wartość NNQ na poziomie kilku litrów na sekundę wydaje się rozsądna.
    Nie mniej kłopotliwe jest szacowanie wartości WWQ, a więc absolutnie najwyższego zaobserwowanego przepływu w wieloleciu. Pewnym przybliżeniem może być tzw. woda katastrofalna wg Iszkowskiego. Dla zlewni Dąbrówki (km 2+500) wynosi ona 8,87 [m3/s], tj. więcej niż przepływ maksymalny roczny o prawdopodobieństwie przewyższenia p = 1%, który wg formuły roztopowej i Wołoszyna wynosi około 6 [m3/s], ale mniej niż wg formuły opadowej - około 11 [m3/s]. WWQ dla zlewni Dąbrówki w rozpatrywanym profilu oszacowałem ostatecznie na 8,0 [m3/s].
     W końcu SWQ, czyli przepływ średni z maksimów rocznych (WQ) w wieloleciu, można określić ze stosunku SWQ w zlewniach kontrolowanych do przepływu maksymalnego rocznego o prawdopodobieństwie przewyższenia p = 50% (Q50%) liczonego formułą roztopową. Dla okolicznych zlewni kontrolowanych ta relacja wynosi 0,9-1,2, co po przeliczeniu dla Dąbrówki daje około 1,9 [m3/s].