Vodostaji

Spomen mjesta Asuan većinu ljudi asocira na jednu od najvećih brana ikad izgrađenih na svjetskim rijekama. Asuan se, naravno, nalazi na rijeci Nil, u Egiptu, nedaleko od prvog nilskog katarakta. Pored Asuana nalazi se i Slonov otok (Elephantine Island), ada na rijeci Nil. Iako Slonov otok u svijetu nije toliko poznat kao velika brana, hidrolozima, koji se tamo zateknu, mogao bi se pokazati zanimljivijim mjestom od same brane. Otok je ime dobio po karakterističnim stijenama koje se na njemu nalaze, a koje oblikom podsjećaju na slonove. Međutim, pravi objekt interesa hidrologa na Slonovu otoku ne nalazi se u spomenutom stijenju već u nilometru - građevini kojom se ondje mjeri vodostaj rijeke Nil. Naizgled ništa neobično – osim činjenice da se na tom mjestu i na taj način vodostaj rijeke Nil prati više od 4000 godina !!!

Slika 1. Nilometar (lijevo dolje) na Slonovu otoku na Nilu, Egipat

(foto izvor: Wikipedia, the free encyclopedia)

I tako se odjednom pokazuje da vodostaj, tu bitnu značajku svake rijeke, ljudi prate (i mjere) još od začetaka civilizacije. U vrijeme faraona život Egipta izravno je ovisio o Nilu, o njegovim stanjima, blagotvornim sezonskim plavljenjima obradivih polja, ali i o razornim poplavama. Vodostaje na Slonovu otoku pratili su i bilježili svećenici (to su ujedno bili prvi hidrolozi!) koji su živjeli u hramu u čijem se sklopu nalazio i sam nilometar. Nilometar je bio izrađen u formi stepeništa na koje je, kroz propuste, ulazila voda Nila. Visina svake stepenice nilometra bila je pritom 52.4 cm, što je odgovaralo službenoj jedinici za mjerenje vodostaja u ono vrijeme, a koja se nazivala kubit. Kako je nilometar imao ukupno 19 kubita, njime je bilo moguće pratiti promjene vodostaja u rasponu od gotovo 10 m.

Stanja vodostaja imala su u ta davna vremena ponešto drugačija značenja i nazive, slika 2. Prema broju kubita koji su bili pod vodom moglo se, naime, procijeniti kakva će biti godina koja dolazi (a to znači i žetva!). Nilometar skala je tako ujedno poslužila i za prve hidrološke prognoze! Takve prognoze imale su i svoju praktičnu primjenu: Veći broj kubita na nilometru značio je bolje natapanje zemljišta, pa je faraon, na temelju očitanja kubita na nilometru, svojim podanicima određivao i sve godišnje dadžbine!

Slika 2. Stanja vodostaja na nilometru

Danas je mjerenje razine vode na rijekama (vodostaja) jedno od najjednostavnijih mjerenja koje se u tehnici mjerenja provodi uopće. Da bi se očitao vodostaj dovoljno je na mjerno mjesto postaviti tek vodomjernu letvu s odgovarajućom skalom. Način mjerenja je toliko jednostavan da nepromijenjen vrijedi, očito, već nekoliko tisuća godina. Za razliku od staroegipatske, današnja civilizacija ipak ne ovisi u tolikoj mjeri o stanjima voda, ali je jasno da je i danas bez poznavanja režima voda, odnosno bez mjerenja vodostaja, nezamislivo bilo kakvo gospodarenje vodama. U kombinaciji s određivanjem (ili mjerenjem) protoka, vodostaj daje kompletnu sliku stanja nekog vodotoka. Vrijednosti protoka i vodostaja, kao i njihov međusobni odnos (protočna krivulja), predstavljaju stoga temelj na osnovu kojega se provode sve aktivnosti vezane uz vodu. Ove pak aktivnosti obuhvaćaju široki skup djelatnosti vezanih uz energetiku, poljoprivredu, ekologiju i vodno gospodarstvo.

Valja primjetiti da se jedinstvena odlika mjerenja vodostaja odražava kroz činjenicu da se vodostaj mjeri izravno. Za razliku od vodostaja, protok se još uvijek najčešće određuje posredno - na temelju mjerenja drugih veličina (brzine strujanja, geometrije proticajnog profila). Ova činjenica daje vodostaju, tom temeljnom podatku, dodatni značaj, pa stoga njegovu preciznom mjerenju valja pokloniti dužnu pažnju.

Danas se vodostaji rijeka mjere na hidrološkim stanicama raspoređenim duž vodotoka. U tu svrhu se na vodotocima osnivaju tkzv. vodokazni profili. Na svakom vodokaznom profilu postavljaju se vodokazne mjerne letve pomoću kojih se, potom, očitavaju iznosi vodostaja. Mjerne letve postavljaju se u koritu i na obalama vodotoka na način da njihov raspon visina "pokriva" raspon promjene vodostaja. Na svakom vodokaznom profilu određuje se referentna točka mjerenja vodostaja na kojoj se uzima da je očitanje vodostaja jednako nuli (tkzv. "kota nule"). Apsolutna nadmorska visina kote nule se pritom uvijek mora odrediti geodetskim mjerenjem. Na taj način je naknadno moguće vršiti usporedbu mjerenja vodostaja sa stanjem vodostaja na susjednim hidrološkim stanicama (padove vodnog lica i dr.). Na samoj se, pak, stanici pozicija kote nule odabire na način da ona (po mogućnosti) bude na visini koja odgovara najnižem vodostaju na razmatranoj stanici. Time se izbjegava pojava negativnih očitanja vodostaja (takav način mjerenja vodostaja valja izbjegavati). U praksi se ipak javljaju i negativni vodostaji. Razlog tomu treba tražiti u činjenici da se korito vodotoka proticanjem vode stalno mijenja, pa tako često puta dolazi i do njegova produbljavanja. Zbog toga, posebno na stanicama koje su osnovane prije više desetaka godina, nije rijetkost da se javljaju i negativni vodostaji.

Slika 3. Pozitivni i negativni vodostaji

Iako mjerna letva predstavlja osnovnu referencu za mjerenje vodostaja, pa se kao takva mora nalaziti na svakom vodokaznom profilu (bilo vertikalna ili kosa), u današnje vrijeme postoje i napredniji načini očitavanja vodostaja. Vodostaji se, prije svega, moraju na određeni način zapisati. Takvi zapisi čuvaju su u formi vremenskih nizova podataka. Za neke naše stanice čuvaju se i postoje vremenski zapisi vodostaja koji sežu unazad stotinjak godina. Ovakvi zapisi služe za dugoročne analize i studije o stanjima vodotoka. Najstariji oblici zapisa vodostaja bili su zapisi na papiru. Takvi su zapisi, u pravilu, nastali na mehaničkim limnigrafskim uređajima za mjerenje vodostaja. Slični se mjerni instrumenti još uvijek koriste na velikom broju naših hidroloških stanica. Analogni zapisi vodostaja sa ovakvih instrumenata se danas više ne čuvaju samo na papiru nego se redovito i digitaliziraju, dakle konvertiraju u digitalni oblik. Digitalni zapisi podataka mnogo se lakše naknadno obrađuju i čuvaju. U najnovije vrijeme se za mjerenje vodostaja sve više primjenjuje digitalna mjerna oprema, koja rezultate mjerenja pohranjuje izravno u memoriju instrumenta (ili računala) u digitalnom obliku. Digitalni instrumenti, u kombinaciji s telekomunikacijskom opremom, imaju i mogućnost slanja podataka mjerenja vodostaja na daljinu. Stoga je podatke mjerenja vodostaja s nekog udaljenog mjesta moguće imati na raspolaganju u realnom ili gotovo realnom vremenu. Budući da su zahtjevi za podacima u realnom vremenu svakim danom sve izraženiji, stara analogna tehnologija ubrzano se zamjenjuje novijom, digitalnom.

Slika 4. Vodokazni profil na stanici Farkašić - Kupa