Hidrologija - vprašanja in odgovori
- Uradni podatki o pretokih rek ARSO
- Kako se merijo pretoki?
- Zakaj so podatki avtomatskih vodomernih postaj, ki so prikazani na spletnih straneh ARSO informativni?
Uradni podatki o pretokih rek ARSO
Uradni hidrološki podatki so na voljo na spletni strani agencije http://www.arso.gov.si/vode/podatki/ in v hidroloških letopisih.
Kako se merijo pretoki?
Definicija pretoka snovi (vode) je prostornina, ki steče skozi izbrano površino oz. prečni prerez na enoto časa. Odvisno od velikosti se pretok izraža v m3/s (reke), l/s (potoki, izviri), m3/dan (odpadne vode) ipd.
V splošnem delimo meritve pretoka na dve skupini: neposredne in posredne meritve pretoka
1. neposredne meritve pretoka
Pretok določimo z meritvijo prostornine v določenem času (npr. zajemne ali merske posode, meritev koncentracije sledila). So lahko zelo natančne, vendar precej omejene na meritve manjših pretokov.
2. posredne meritve pretoka
Pretok predstavlja skalarni produkt vektorjev površine prečnega prereza in (srednje oz. povprečne) hitrosti snovi. Metoda je torej sestavljena iz dveh (pod)meritev: meritve površine prereza in meritve hitrosti.
Pri konvencionalnih oz. običajnih metodah (hidrometrično krilo, elektromagnetno krilo) sta meritvi hitrosti in površine ločeni meritvi, z različno metodologijo. Površino izmerimo z meritvijo globine vode na posameznih oddaljenostih od izhodiščne točke (npr. enega od bregov). Predpostavimo, da je potek dna med posameznimi meritvami globine (vertikalami) linearen. Na ta način dobimo t.i. lamele, za katere moramo določiti (izmeriti) še srednjo (povprečno, reprezentativno) hitrost. Le-to izvrednotimo iz (točkovnih) meritev hitrosti v različnih globinah vertikale. Obstaja teoretična razporeditev hitrosti v vetrikali po globini. Nanjo v največji meri vplivata: oblika prečnega in vzdolžnega prereza (geometrija korita) ter hrapavost ostenja. V idealnih razmerah lahko na ta način zadovoljivo določimo srednjo hitrost v vertikali z meritvijo le na eni globini, in sicer na 60% globine (merjeno od gladine). V nasprotnem primeru oz. če ne poznamo razmer, izmerimo hitrost na več globinah, srednjo hitrost v vertikali pa določimo z integracijo zlepka skozi izmerjene točke. Pretok skozi lamelo predstavlja zmnožek površine lamele in srednje hitrosti lameli pripadajoče vertikale. Celotni pretok je vsota delnih pretokov skozi posamezne lamele. Ker uporablja ta metoda skalarni produkt, mora biti za to poenostavitev zadoščeno pogoju, da sta vektorja normale na lamelo in vektor hitrosti vzporedna, sicer moramo korigirati zmnožek s funkcijo cos vmesnega kota.
Zadnjih 15 let so doživeli hiter razvoj merilniki, s katerimi lahko sočasno izmerimo globino in hitrost - ultrazvočni merilniki. Uporabljajo princip Dopplerjevega pojava, torej merijo spremembo med oddano in sprejeto frekvenco (od 500 do 1500 kHz pri merilnikih pretoka rek). Za določitev hitrosti vode se meri frekvenca odbojev od raztopljenih delcev v vodi, za določitev globine pa od dna struge. Ker meri merilnik na ta način, da se giblje preko struge, mora v vsakem trenutku poznati svoj položaj. Le-tega določi glede na položaj na začetku gibanja, lastno hitrost (in smer) gibanja ter čas, ki je pretekel med posameznima vertikalnima meritvama. Zaradi več odbojev (vsaj dveh - od delcev in dna) pravimo taki vertikalni meritvi garnitura (angl. ensemble) . Svojo hitrost enači s "hitrostjo" premikanja dna, izmerjenemu vektorju zamenja le smisel (orientacijo). Za natančnost meritve je pomembno, da je gibanje merilnika enakomerno ter čim počasnejše (v realnosti zadošča hitrost od 0.2 do 1 m/s - slednja predvsem pri zelo hitrih tokovih). Istočasno naj bi bil čas med posameznima garniturama čim krajši (v realnosti med 0.5 ter 1.5 s). Ker merilnik nenehno nadzira svoj položaj, ni potrebno, da se gibljemo pravokotno čez strugo, niti ni pomembno, da gremo po ravni poti. Merilnik namreč sproti integrira pretok skozi lamele (ga po potrebi tudi odšteva), določiti mu moramo le debelino plasti. Le-ta predstavlja časovni interval, na katerega se razdeli posamezna vertikala oz. garnitura (odbiti signal). Zaradi potopljenosti (ugreza) merilnika ter dejstva da je oddajnik in sprejemnik ena naprava, ki potrebuje določen čas (nekaj milisekund) za preskok iz oddajanja v sprejemanje, dobimo na površini plast, ki je merilnik ne more izmeriti (15 do 20 cm). Podobno neizmerjeno območje, kot posledica motnje uklona zvočnega žarka, nastane ob dnu struge. Debelina neizmerjenega območja znaša 6% globine. Neizmerjen del predstavljata tudi oba robova struge, zato moramo na začetku in na koncu meritve oceniti oddaljenost od bregov. Pretok skozi neizmerjene dele prištejemo k skupnemu pretoku z uporabo inter- oz. ekstrapolacijskih metod. Z razvojem t.i. širokopasovne metode (angl. broad band), ki poleg frekvence upošteva tudi fazni zamik odboja, lahko z enim merilnikom merimo v razponu globin od 0.35 do 40 m ter hitrosti od -10 do +10 m/s.
Med pogosto uporabljene metode meritev pretoka po metodi srednja hitrost - površina spadajo tudi merski objekti. Princip delovanja merskih objektov je določitev srednje hitrosti na podlagi globine vode v določenem delu merskega objekta (t.i. merski del). Ker imajo merski objekti stabilno (fiksno) in predvsem enostavno obliko merskega dela (pravokotnik ali trapez), je določitev prečnega prereza lahko zelo natančna. Zavedati se moramo, da smo z merskimi objekti vnaprej omejeni z merjenimi količinami, ki zadoščajo pogoju hidravlično mirnega režima, s fiksnim spodnjim robnim pogojem na prelivu. Slednji ima lahko različno obliko (pravokotnik, trikotnik, ipd.) ter je lahko ostrorobi ali tudi široki.
Zakaj so podatki avtomatskih vodomernih postaj, ki so prikazani na spletnih straneh ARSO informativni?
Prikazani hidrološki podatki imajo zaradi samodejnega prenosa iz hidroloških postaj zgolj začasni in splošno informativni pomen! Podatki (vodostaj, pretok, temperatura…), ki jih izmerimo in objavljamo v realnem času so podvrženi le osnovnim kontrolam in lahko odstopajo od dejanskih in tudi od uradnih kontroliranih vrednosti. Vzrokov za odstopanje je več. Naj omenimo le najbolj pogoste:
- zaradi napake merilnika (senzorja) le ta javlja napačen vodostaj ali temperaturo. Odstopanja vodostaja od dejanskega, ki ga lahko odčitamo na vodomerni letvi, so lahko zelo majhna ali pa se postopno povečujejo, tako da jih v prognostični službi ne moremo zaznati. Do napak lahko pride zunaj delovnega časa prognostika. Vpliv teh napak skušamo zmanjšati z rednimi obhodi vodomernih postaj (opazovalci, vzdrževalci) in umerjanjem merilnikov;
- zaradi poškodbe merilnika. Zlasti v času visokih voda lahko le-te s plavjem (vejevje, hlodi…) poškodujejo, izpulijo, odtrgajo merilnik, ki začne javljati napačno vrednost. Ko napako zaznamo jo skušajo naši vzdrževalci čim hitreje odpraviti, dežurni prognostik pa praviloma odklopi postajo;
- zaradi spreminjanja rečnega korita, kar vpliva na razmerje med vodostajem in pretokom (glej vprašanje Kako se merijo pretoki ?). Ker se korito postopno, ob visokih vodah pa zelo hitro spreminja, pretočna krivulja, ki opisuje odnos med vodostajem in pretokom, ni več ustrezna. (Pretočna krivulja služi spreminjanju izmerjenih vodostajev, ki jih javlja avtomatska postaja, v pretoke.) Takšno neskladnost lahko prognostik le sluti. Če odstopanja niso prevelika, so podatki, ki jih pošilja postaja še sprejemljivi, lahko pa prognostik prikaz za postajo ali za enega od parametrov odklopi.
Za spremembo pretočne krivulje ali pa potrditev veljavnosti obstoječe so potrebne nove hidrometrične meritve pri čim bolj različnih vodnih stanjih.
To je nekaj vzrokov, zaradi katerih so lahko podatki pred uradno objavo popravljeni.