Hidrološki ciklus

Hidrološki ciklus je stalni proces kruženja, obnavljanja i prividnog gubljenja vode na zemlji. Zemlja se smatra zatvorenim hidrološkim sustavom. Hidrološkim se ciklusima bavi hidrologija.

Najjednostavnije tumačenje hidrološkog ciklusa je da djelovanjem sunčeve toplinske energije voda stalno isparava sa površine oceana, mora i drugih kopnenih i vodenih površina. Te se pare dižu u Zemljinu atmosferu gdje se kondenziraju i padaju na zemlju tvoreći novi ciklus kretanja voda. Pri takvoj cirkulaciji ukupna količina vode na Zemlji ostaje nepromijenjena.

Osnovni procesi kruženja vode

• Osnovni procesi kruženja vode u zemljinom hidrološkom sustavu su:
  • oborine - percipitation P
  • isparavanje - evaporation E
  • otjecanje -outflow O
  • transpiracija - transpiration T

pri tome u jednom trenutku vrijedi relacija $\ P=E+O$ kada je $\Delta H=0.$.

Zalihe vode - značajne retencije

Kada pričamo o kruženju vode kao o hidrološkom procesu logika nam nalaže, a i prirodno je da se uvijek određene količine vode zadržavaju na pojedinim za to pogodnim područjima. Na taj način imamo oceane, rijeke, prirodne i umjetne akumulacije, ledenjake i slično. Najveća zaliha vode ili vodeni rezervoar su mora i oceani. Mora i oceani zauzimaju $97\%=1.320x10^{6}km^{3}$ od ukupne količine vode na zemlji - $(1.360x10^{6}km^{3})$. Ostatak je $3\%=40x10^{6}km^{3}$ i taj postotak zauzima slatka voda.

Zanimljivo je da od ukupne količine slatke vode 75% zauzimaju led i snijeg, 24,5% zauzimaju podzemne vode i 0,5% zauzimaju ostale vode.

Volumni udio ukupne količine vode na zemlji
odnosno vodne zalihe u jednom ciklusu kruženja vode

Prirodno područje retencija	Volumni udio vode (106 km³)	Postotak od ukupne količine vode na zemlji.
Oceani	1370	97.25
Ledene sante i glečeri	29	2.05
Podzemna voda	9.5	0.68
Jezera	0.125	0.01
Vlaga u tlu	0.065	0.005
Atmosfera	0.013	0.001
Brzaci i rijeke	0.0017	0.0001
Biosfera	0.0006	0.00004

Vodna Bilanca

Vodna bilanca je rezultat analize hidroloških procesa kao dijelova hidroloških ciklusa na određenom prostoru u određenom vremenu.

Vodnom bilancom ili balansom voda se kvantitativno (količinski) opisuje hidrološki ciklus i njegove komponente, a zasniva se na općem konceptu održanja mase.

$\ dW=U-I.$

gdje je;

• $\ dW$- promjena mase u ograničenom prostoru
• $\ U$ - masa koja je ušla u taj prostor u određenom vremenu - predstavlja oborine kao ulaznu veličinu
• $\ I$ - masa koja je izašla iz tog prostora u određenom vremenu - predstavlja isparavanje i otjecanje kao izlaznu veličinu
  • pod prostor podrazumijevamo jedan dio zemljine površine, ali gornje postavke mogu vrijediti na svim razinama - od globalne do lokalne, od velikih prirodnih sustava npr. Zemlja do pojedinačnih vodnogospodarskih sustava za transformaciju ili/i korištenje voda.

Iz gore navedenog vrijedi slijedeća jednadžba promjene vodnih količina na nekom prostoru:

$\ U-I=\pm \Delta H$

• • za slučaj kada je promjena vodnih količina na nekom prostoru jednaka nuli, odnosno $\ \Delta H=0.$ tada vrijedi:
    $\ P=E+O_{1}+O_{2}.$
    Gdje su $O_{1}$ i $O_{2}$ brzo i sporo površinsko otjecanje. Odnosno ulazna vrijednost je jednaka izlaznoj. Točno onoliko koliko je palo kiše ili doteklo vode toliko je i oteklo i/ili isparilo bez zadržavanja.

Jednadžba vodne bilance

$\ H+Q_{dd}+Q_{bd}-E-Q_{do}-Q_{bo}=\pm \Delta V$

gdje;

• $\ H$- predstavlja volumen ukupne oborine
• $\ Q_{dd}$ - predstavlja volumen ukupnog i direktnog dotoka s drugih područja - (brzi površinski dotok)
• $\ Q_{bd}$ - predstavlja volumen ukupnog baznog dotoka s drugih područja (spori podzemni dotok)
• $\ E$ - predstavlja volumen ukupnog isparavanja
• $\ Q_{do}$ - predstavlja volumen ukupnog i direktnog otjecanja na druga područja - (brzo površinsko otjecanje)
• $\ Q_{bo}$ - predstavlja volumen ukupnog i baznog otjecanja na druga područja - (sporo podzemno otjecanje)
• $\ \Delta V$ - ukupna promjena volumena vode

Globalna vodna bilanca za svijet

• za dio kopna koje se u more drenira vodotocima, evapotranspiracija je $\ E_{TP}$.

$\ E_{TP}=P_{P}-R_{P}$. Gdje su: $\ P_{P}$ - oborine s tog dijela kopna, a $\ R_{P}$ - ukupne protoke vodotoka s tog dijela kopna.

• za dio kopna koji se ne drenira evapotranspiracija je $\ E_{TA}$.

$\ E_{TA}=P_{A}$. Gdje su: $\ P_{A}$ - oborine s tog dijela kopna

• za more evapotranspiracija je $\ E_{M}$.

$\ E_{M}=P_{M}+R_{P}$. Gdje su: $\ P_{M}$ - oborine na moru

• • Iz gore navedenog proizlazi da je za svijet evapotranspiracija $ET$ jednaka palim oborinama $P$

$\ ET=E_{TP}+E_{TA}+E_{M}=P_{P}+P_{A}+P_{M}=P$

Globalne vrijednosti vodne bilance za svijet

Ispod su navedene prosjećne vrijednosti. Tj. dati bilancni iskaz je dosta uprosječen i nisu uzete u obzir podzemne vode i sadržaj vlage u tlu.

• za dio kopna koje se drenira vodotocima u mora - $(116.800.000km^{2})$

oborine - 910mm - $(906.000km^{3})$

rijeke - 350 mm - $(41.000km^{3})$

evapotranspiracija - 560 mm' - $(65.000km^{3})$

• za dio kopna koji se neposredno ne drenira u mora - $(32.100.000km^{2})$

oborine - 238mm - $(7.500km^{3})$

evapotranspiracija - 238mm - $(7.500km^{3})$

• za svijetska mora - $(361.100.000km^{2})$

oborine - 1.140mm - $(411.600km^{3})$

dotok rijekama - 111mm - $(41.000km^{3})$

evapotranspiracija - 560mm - $(65.000km^{3})$

• • Za svijet u cjelini - $(510.000.000km^{2})$

oborine - 1.030mm - $(525.100km^{3})$

evapotranspiracija - 1.030mm - $(525.100km^{3})$

Vrijeme zadržavanja tekućine

Prosječna vremena zadržavanja vode

Retencija	Prosječno vrijeme zadržavanja
Oceani	3,200 godina
Ledenjaci	20 to 100 godina
Sezonski snijeg	2 to 6 mjeseci
Vlaga u tlu	1 to 2 mjeseca
Podzemna voda: plitka	100 to 200 godina
Podzemna voda: duboka	10,000 godina
Jezera	50 to 100 godina
Rijeke	2 to 6 mjeseci
Atmosfera	9 dana

Vrijeme zadržavanja vodnih količina je prosječno vrijeme koje je potrebno da se dogodi ciklus izmjene tekućine. Ako bismo promatrali jedno jezero tako da u jednom trenutku kažemo da je sva voda koja se nalazi trenutno u tom jezeru stara voda, a sva voda koja u svakom slijedećem novom trenutku dotječe nova voda. Tada je vrijeme zadržavanja tekućine ono koje je potrebno za potpunu zamjenu stare tekućine novom, teoretski - do posljednje molekule vode.

S desne strane u tablici možemo vidjeti vremena zadržavanja tekućine za pojedine medije, rezervoare ili zalihe vode na zemlji.

Podzemnoj vodi treba čak 1.000 godina kako bi se dogodio jedan ciklus zamjene. Razlozi zbog čega se vodi u tlu dugo zadržava su zbog njezinog raspršenog položaja po porama podzemlja zemlje, procei evaporacije i transpiracije ne postoje, a i ako postoje zanemarivi su, podzemna voda ne posjeduje sposobnost bujičnog toka, već ako se kreće kreće se brzinama od 1[m/dan] do 1[m/godina].

Što se tiče vode na kopnu, kako bi se dogodila padalina, voda treba ispariti sa tla, ali toj istoj vodi kad ispari treba vremena oko 9 dana da se kondenzira i ponovno padne na tlo.

Promjene tijekom vremena

Korisna literatura

• Ognjen Bonacci: "Oborine: glavna ulazna veličina u hidrološki ciklus"; GEING, Split, 1994.; ISBN 953-96059-1-1
• Ž. Vuković: "Osnovne hidrotehnike I/1 i 2", Akvamarine, Zagreb,1994,1995.

Poveznice

• Poplava
• Suša
• Svjetski dan voda

Eksterni linkovi

Hidrološki ciklus na Wikimedijinoj ostavi

=

• Državna uprava za vode Arhivirano 2007-09-28 na Wayback Machine-u
• Hrvatske vode Arhivirano 2007-08-08 na Wayback Machine-u
• Pojava i utjecaj podzemne vode - .pdf Arhivirano 2007-06-10 na Wayback Machine-u