Hydrostatický tlak v ekologii: měření a využití v monitoringu vodních toků

Článek prezentuje zkušenosti s měřením vodních stavů (zejména nízkých) v přirozených říčních korytech prostřednictvím soustavy čidel zaznamenávajících hydrostatický tlak a tlak vzduchu. Jsou představeny postupy řešení nežádoucího ovlivnění vodního stavu přirozenými, umělými a nahodilými jevy a dále popsány nejistoty spojené s vyčíslením průtoků na základě měření průtoku hydrometrickou vrtulí a pomocí Chézyho rovnice.

Na počátku projektu vždy proběhl předběžný výběr potenciálního umístění vodoměrných stanic na tocích podle cílených hydrografických a hydrogeologických podmínek. Přesné umístění stanic spojené s výběrem vhodného měrného hydrologického profilu, včetně jeho následného geodetického zaměření, bylo následně provedeno in situ.

Za dobu trvání projektu byl na jednotlivých stanicích získán téměř tříletý kontinuální záznam výšky hladiny vody nad čidlem (v hodinovém kroku), zavěšeným na řetízku známé délky v ochranném kovovém tubusu opatřeném vodočtem (vodní stav byl pro další účely vždy vztažen k nule na vodočtu) a připevněném ke dnu a bokům říčního koryta, případně k tělesu hráze Thomsonova přelivu.

I přes výše uvedená opatření bylo u naprosté většiny vodoměrných stanic nutné přistoupit k vyčištění datových řad, ovlivněných obzvlášť extrémními přírodními podmínkami (zejména ledové jevy), ale i dalšími antropogenními (např. stavba mostu, zcizení barologgeru), technickými (nahodilé chyby měření) a náhodnými vlivy (pád větve do profilu, zanesení profilu po povodni apod.).

Po stažení dat bylo při vracení leveloggeru do tubusu rovněž nutné se vyvarovat vzpříčení sondy v tubusu nebo jejího protočení v karabině spojující víčko sondy s řetízkem tak, aby byla zachována stále stejná vzdálenost čidla k nule na vodočtu.

Čtěte také: Vysoký krevní tlak a srdeční infarkt

Na 80 % stanic došlo při poklesu průměrné denní teploty vody pod 0 °C k ovlivnění vodního stavu změnou tlakových podmínek proudění vody pod ledem (obr. 2).

Především v letních měsících byly v období nízkých průtoků zaznamenávány četné nahodilé chyby měření, spočívající v náhlém, dočasném (hodinovém) poklesu vodního stavu o několik cm, které nebylo v harmonii s vodními stavy zaznamenanými před a po poklesu.

Problémy s dočasným snížením průtočnosti profilu a jeho opětovným vyčištěním, spojené s náhlým zvýšením, resp. poklesem vodního stavu, byly zaznamenávány nahodile, především po větších povodních (říční nánosy, naplavené balvany) a u Thomsonových přelivů (pád větve do horní zdrže, vzpříčení větve v přelivu) (obr. 3 a 4).

Pokud došlo vlivem vyčištění průtočného profilu k poklesu hladiny, přičemž odpovídající vzestup hladiny nebyl jednoznačně identifikován, bylo přistoupeno ke zpětné úpravě původních vodních stavů k nejbližší významné povodňové události aritmetickým průměrováním tak, že na začátku události byl vodní stav ponechán a na konci revidovaného období se již shodoval s hodnotou odpovídající vyčištěnému průtočnému profilu (korekce K1-K3 a K5 na obr. 3).

Antropogenní ovlivnění datových řad bylo zaznamenáno především ve spojitosti s nepředpokládanou úpravou koryta toku v okolí stanice (revitalizace koryta, rekonstrukce mostu, výstavba jezu - čtyři stanice) a zcizením barometrické sondy (šest stanic), kdy se např. Při zcizení barologgeru (obr. 6) bylo třeba přistoupit ke kompenzaci na tlak vzduchu z barologgeru na nejbližší vodoměrné stanici (v praxi vzdálenost do 15 km). Tlakové změny, dané různou polohou stanic, způsobily změnu vodního stavu typicky v řádu několika centimetrů (obr. 5), což odpovídalo i 10-15 % průměrného vodního stavu ve stanici.

Čtěte také: Příčiny krevního tlaku

Pro vyčíslení průtoků z vyčištěných datových řad byly využity konsumpční křivky (obr. 9) sestrojené na základě měřených průtoků in situ (cca 12 měření především nízkých a středních vodních stavů) a extrémního průtoku vypočteného podle ČSN ISO 1070 (Chézyho rovnice) pro nejvyšší zaznamenaný vodní stav za celou dobu pozorování (drsnostní parametry koryta a podélný skon koryta zjištěny in situ, plocha průtočného profilu softwarově z geodeticky zaměřeného příčného profilu koryta toku ve stanici) (obr. 8).

Konsumpční křivka pro každou stanici je proto tvořena vždy dvěma částmi s vyznačením vodního stavu, kde dochází ke změně výpočtu průtoku, přičemž první část křivky je zprava omezena největším průtokem změřeným in situ a druhá část křivky je empirická, vzniklá proložením největšího změřeného průtoku in situ a průtoku vypočteného pomocí Chézyho rovnice.

Na obr. 7 je zobrazena průtoková řada ve stanici Desná-Rapotín, porovnaná s průtokovou řadou ze stanice Desná-Šumperk (profesionální stanice povodí Moravy), nacházející se cca 5 km níže na toku.

Využití soustavy tlakových čidel ve vodoměrných stanicích Výzkumného ústavu vodohospodářského se vzhledem k jejich mimořádné citlivosti ukázalo jako velice přesný a zároveň spolehlivý způsob měření vodních stavů (včetně extrémně nízkých) na profilech povrchových vod, a to i s ohledem na obtíže, které jsou s měřením vodních stavů a vyčíslením průtoků v nepozorovaných povodích spojeny.

Největší nepřesnosti měření vodních stavů byly zaznamenány v souvislosti s pravidelným zamrzáním vodní hladiny v okolí stanice a nahodilými vlivy přírodního i antropogenního původu, které však bylo možné podle zvolené metodiky uspokojivě eliminovat.

Čtěte také: Tipy pro zdravý krevní tlak

Po praktické stránce se sondy samotné ukázaly jako velice spolehlivý přístroj s minimální chybovostí a velkým pracovním rozsahem (nejmenší interval měření 0,1 s, paměť na 40 000 záznamů, citlivost měření výšky vodního sloupce 0,01 mm, citlivost měření teploty vody 0,01 °C, nevyměnitelná baterie po třech letech provozu vykazovala 99-100 % kapacity, synchronizace času, přehledné uživatelské rozhraní, optický přenos dat).

tags: #hydrostatický #tlak #v #ekologii

Oblíbené příspěvky:

• Cíle organizace Greenpeace
• Obraz Přírody v Socialistickém Realismu
• Nejkrásnější snímky přírody
• Spolehlivá taxislužba na Florenci
• Postup emise akcií