8. PROGRAMY POMIAROWE ZMŚP - wytyczne organizacji sieci pomiarowej

 

8.11. PROGRAM POMIAROWY H1: WODY POWIERZCHNIOWE - RZEKI

 

CEL POMIARÓW:

Odpływ w ciekach jest główną drogą eksportu materii (roztworów i substancji stałych) z obszaru zlewni. Ładunek opuszczających zlewnię substancji oblicza się z pomiarów objętości odpływu i wyników analiz stężeń roztworów i zawiesin.

Mierzona zmienność stanów wody jest wynikiem różnorodnego, zmiennego w czasie zasilania zlewni rzecznej. Stąd kilkuletni - a najlepiej wieloletni - zbiór codziennych stanów i przepływów wody pozwala na wyznaczenie stanów i przepływów charakterystycznych - głównych, okresowych i prawdopodobnych - które w pełni charakteryzują reżim hydrologiczny rzeki po przekrój wodowskazowy. Są one także sumarycznym odbiciem procesów krążenia wody w zlewni.

 

ZALECANA METODYKA:

Znajomość przepływu jest niezbędna dla obliczenia bilansu zlewni. Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest zainstalowanie stałego przelewu z samopisem rejestrującym w sposób ciągły stan wody. Pomiar stanów wody prowadzi się w odpowiednio wybranych przekrojach poprzecznych koryta rzeki - tzw. przekrojach wodowskazowych. Na znajdujących się tam posterunkach wodowskazowych prowadzi się kontrolę "napełnienia" koryta rzeki wodą albo za pomocą urządzeń rejestrujących (limnigrafów/limnimetrów), albo odczytów na łacie wodowskazowej przez obserwatora. Limnigrafy rejestrują wyniki pomiarów analogowo na taśmie papierowej, a limnimetry prowadzą rejestrację cyfrową w bloku pamięciu, tzw. data logerze. Zarówno łaty wodowskazowe, jak i limnigrafy/limnimetry powinny być tak usytuowane, aby przy pomiarze wyeliminować między innymi wpływ falowania, zjawisk lodowych.

Rytm wahań stanów wody w rzece jest zmienny i kształtowany przez zasilanie powierzchniowe i podziemne. Jest to czynnik decydujący o wyborze aparatury pomiarowej do kontroli stanów, a tym samym i przepływów w rzece.

Jeżeli w przekroju wodowskazowym nie można zainstalować rejestratora stanów wody, wtedy podstawą kontroli napełnienia koryta jest łata wodowskazowa. Należy zaznaczyć, że łata wodowskazowa powinna być zainstalowana także w przypadku automatycznej rejestracji stanów wody - wtedy służy do kontroli poprawności zapisów limnigraficznych.

W zależności od przedziału wahań stanów wody w przekroju ustala się adekwatną do danej sytuacji liczbę pomiarów terminowych w ciągu doby:

.      trzy razy na dobę w terminach 6:00, 12:00 i 18:00 GMT,

.      dwa razy na dobę w terminach 6:00 i 18:00 GMT,

.      raz na dobę o 6:00 GMT.

W przypadku rejestracji, stan wody - np. przy kroku czasowym Dt = 1h - jest dla każdej godziny przetwarzany na przepływ według aktualnej krzywej konsumcyjnej - najczęściej stablicowanej. Wartość dobowa przepływu jest wtedy obliczana jako średnia arytmetyczna z 24 wartości godzinowych. Natomiast przy pomiarach terminowych każdy pomierzony stan wody jest - jak podczas rejestracji - zamieniany na przepływ, a wartość średnią przepływu dla doby obliczamy jako średnią arytmetyczną z wartości terminowych. W przypadku jednego pomiaru wartość pomierzonego rano stanu zamieniana na przepływ stanowi tzw. przepływ codzienny, co jest oczywiście bardzo dużym przybliżeniem, tym większym, im większa jest amplituda stanów wody na wodowskazie.

Jeżeli jest to możliwe należy obliczać średni dobowy odpływ z równania krzywej konsumcyjnej profilu hydrometrycznego stosując wynik jednorazowego w ciągu odczytu stanu wody. W czasie wezbrań konieczne są częstsze pomiary stanu - nawet co godzinę w szybko reagujących na zasilanie zlewniach górskich.

Stanowisko poboru próbek do analiz właściwości fizykochemicznych zlokalizowane winno być niedaleko od przelewu/profilu hydrometrycznego. Unikać należy możliwości zanieczyszczenia próbki materiałami konstrukcyjnymi przelewu. W przypadku braku przelewu próbki pobierane są w nurcie, w połowie głębokości cieku, za pomocą batometru. W płytkich ciekach, gdzie użycie batometru jest niemożliwe należy próbkę pobrać tak, aby zminimalizować możliwość jej zanieczyszczenia.

Wodę z cieków pobiera się co najmniej raz w miesiącu. Wyższa frekwencja podnosi znacznie precyzję obliczeń bilansowych. Na wzrost dokładności ma również znaczny wpływ zastosowanie zmiennej częstotliwości opróbowania zależnie od objętości przepływu (częściej przy wysokich stanach wezbraniowych, rzadziej przy stabilnych stanach niżówkowych).

Osobne próbki do analiz metali śladowych pobiera się do pojemników mytych roztworami kwasu. Natychmiast po pobraniu należy je utrwalić. Zalecane jest także ich niezwłoczne przesączenie.

Próbki przeznaczone do oznaczania rozpuszczonego węgla organicznego transportuje się i przechowuje w szklanych butelkach.

Butelki przemywać należy przed użyciem wodą zdejonizowaną. Pozostały sprzęt kilka dni przed użyciem płukać trzeba w rozcieńczonym kwasie, a następnie przechowywać w workach z obojętnego tworzywa.

Zalecane jest, aby praktycznie wszystkie próbki zostały przesączone. Może jednakże to wpływać na wynik niektórych analiz. Dlatego też można tę procedurę pominąć w przypadku czystych naturalnych wód powierzchniowych. Przesączanie jest wszakże elementem procedury analitycznej w niektórych oznaczeniach (rozpuszczony węgiel organiczny). Stosować należy wtedy sączki membranowe o średnicy por 0,40-0,45 um (np. Whatman 42 lub GFC) przed użyciem przemyte zdejonizowaną wodą.

Czas transportu i przechowywania powinien być w miarę możliwości zredukowany do minimum. W przypadku niektórych "czułych" oznaczeń np. zasadowości czy też form azotu maksymalny okres między poborem próbek a analizami laboratoryjnym nie powinien przekroczyć 24 godzin. Aby uniknąć  zmian chemicznych związanych z aktywnością mikroorganizmów i zanieczyszczeniami, butelki z próbkami transportuje się w torbach z tworzywa chroniących od światła słonecznego i w miarę możliwości w izotermicznych pojemnikach. Do czasu rozpoczęcia analiz butelki przechowuje się w temperaturze 4°C i w ciemności.

Zestawienie wybranych metodyk pomiarów wód powierzchniowych - rzeki i jeziora (programy H1 i H2) znajduje się w tabeli 2 w załączniku 12. Metodyki laboratoryjne oznaczania właściwości fizykochemicznych próbek są analogiczne jak innych wód (opadowych, gruntowych itp., patrz tabela 4 w załączniku 12).

 

KONTROLA I WERYFIKACJA POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH:

Pomiar stanów wody stanowi pośredni etap w określaniu przepływów rzecznych, będących podstawą do oceny reżimu hydrologicznego rzeki oraz odpływu jako jednego z elementów bilansu wodnego zlewni. Stąd w przypadku stanów wody nie prowadzi się kontroli merytorycznej, interpretowanej jako porównanie wartości z różnych posterunków wodowskazowych. Decyduje o tym m.in. subiektywne uzależnienie stanu wody od przyjętego poziomu porównawczego (tzw. zera podziałki wodowskazowej /m n.p.m./) i zjawiska sezonowe, wpływające na podpiętrzanie stanów wody w stosunku do swobodnego zwierciadła wody. Do oceny wiarygodności odpływu rzecznego w zupełności wystarcza kontrola formalna i merytoryczna przepływów wody.

Opracowana w IMGW metodyka i powstały na jej podstawie program komputerowy umożliwiają przeprowadzenie kontroli merytorycznej przepływów w badanej małej zlewni (MZ) na podstawie danych pomiarowych z innej małej zlewni tzw. zlewni kontrolnej (MZK) - wybranej np. najbliżej położonego obiektu badawczego Programu Małych Zlewni IMGW. Zasady prowadzenia kontroli merytorycznej odpływu z MZ wymagają zbiorów danych pomiarowych z MZK w formie przepływów codziennych z przekroju zamykającego zlewnię i sum opadów dobowych. Natomiast z MZ wymagane są zbiory: przepływów codziennych i pomiarów przepływów przy znanym stanie wody w przekroju zamykającym zlewnię, sum opadów dobowych, wysokości pokrywy śnieżnej i średniej dobowej temperatury powietrza.

 

PARAMETRY POMIAROWE:

program podstawowy

Parametr

Kod

Jednostka - dokładność

(ilość miejsc dziesiętnych)

Częstotliwość pomiarów

przepływ wody

Q_

dm3s-1km-2..... 1

Ciągła rejestracja

temperatura wody

T_W

°C................. 1

1/doba

przewodność elektrolityczna właściwa

CTY_

mS m-1........... 1

....

zawiesina

SUS_

mg dm-3......... 1

....

odczyn pH

PH_L25

pH................. 2

....

zasadowość

ALK_NTG

mg dm-3......... 2

52 lub 12/rok

sód Na

NA_

mg dm-3......... 1

....

potas K

K_

mg dm-3......... 1

....

wapń Ca

CA_

mg dm-3......... 1

....

magnez Mg

MG_

mg dm-3......... 1

....

glin ogólny Alogól.

AL_T

mg dm-3......... 2

....

glin ruchomy AlL

AL_L

mg dm-3......... 2

....

azot azotanowy N-NO3

NO3N_

mg dm-3......... 2

....

azot amonowy N-NH4

NH4N_

mg dm-3......... 2

....

siarka siarczanowa S-SO4

SO4S_

mg dm-3......... 2

....

fosfor fosforanowy P-PO4

PO4P_

ug dm-3.......... 0

....

fosfor ogólny Pogól.

PTOT

ug dm-3.......... 0

....

chlorki Cl

CL_

mg dm-3......... 2

....

rozpuszczony węgiel organiczny RWO

COR_D

mg dm-3......... 1

....

BZT5

BZT5_

mg O2 dm-3...... 1

....

tlen rozpuszczony O2

O2_D

mg dm-3......... 1

....

program rozszerzony

Parametr

Kod

Jednostka - dokładność

(ilość miejsc dziesiętnych)

Częstotliwość pomiarów

krzemionka SiO2

SIO2_D

mg dm-3........... 1

52 lub 12/rok

kadm Cd

CD_

ug dm-3............ 1

....

miedź Cu

CU_

ug dm-3............ 1

....

ołów Pb

PB_

ug dm-3............ 1

....

mangan Mn

MN_

ug dm-3............ 1

....

cynk Zn

ZN_

ug dm-3............ 1

....

nikiel Ni

NI_

ug dm-3............ 1

....

arsen As

AS_

ug dm-3............ 1

....

chrom Cr

CR_

ug dm-3............ 1

....

 

ZAPIS DANYCH W RAPORCIE:

Pierwsze dwie kolumny zawierają kod podprogramu. Kod medium pozostaje pusty. "Poziom" (kolumny 22-25) określa głębokość (w cm) pobrania próby poniżej poziomu wody w cieku lub jeziorze. "Skala" (kolumny 32-34) oznacza ilość pojedynczych punktów poboru prób. Wartości koncentracji (oprócz temperatury i przewodności - średnie arytmetyczne) w cieku podawane są jako średnie ważone tygodniowe lub miesięczne zależnie od przyjętej częstotliwości poboru próbek. Wartości koncentracji w jeziorze podawane są jako średnie arytmetyczne lub bez wskaźnika typu.