7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

1/134

Giurma I., Craciun I., Giurma-Handley R.,

HIDROLOGIE SI

HIDROGEOLOGIE 1

Hidrografie si hidrometrie

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

2/1345

CUPRINSPrefa............................................................ ................................... ...................Introducere..........................................................................................................

1. HIDROGRAFIA1.1 Circulaia apei n natur....................................................................................

1.1.1 Circuitul hidrologic global.................................................................................1.1.2 Apele subterane n cadrul circuitului apei n natur........................................... 1.1.3 Bilanul apei................................................................. ............... ......................

1.2 Bazinul hidrografic.................................................... .............. ........................1.3. Reeaua hidrografic..................................................... ............. .......................1.4. Hidrografia lacurilor..................................................... ............. .......................1.5 Hidrografia apelor subterane........................................................ .....................1.6 Scurgerea solid...................................... ..........................................................

1.6.1 Formarea aluviunilor......................................... .................................................1.6.2 Structura aluviunilor........................................ ..................................................1.6.3 Micarea aluviunilor....................................... ..................................................1.6.4 Micarea aluviunilor de fund........................................ .....................................1.6.5 Micarea aluviunilor n suspensie......................................... .............................1.6.6 Debitul solid......................................... ...............................................................

1.7 Colmatarea lacurilor de acumularea....................................... ..........................

2. HIDROMETRIA2.1 Necesitatea msurtorilor........................................ ..........................................2.2 Reeaua hidrometric....................................... ................................................

2.2.1 Reeaua hidrometric a apelor de suprafa.......................................... ...............2.2.2 Reeaua hidrometric a lacurilor....................................... .................................2.2.2 Reeaua hidrometric a apelor subterane......................... .................................

2.3 Hidrometria apelor de suprafa (inclusiv lacurile) .........................................2.3.1 Hidrometria adncimilor n ruri i lacuri........................ ...............................2.3.2 Hidrometria nivelurilor......................... ............................................................2.3.3 Descrierea nivelurilori a debitelor........................... .........................................

2.4 Hidrometria vitezelor n ruri........................ ..................................................2.4.1 Msurarea vitezei cu flotori........................ ......................................................2.4.2 Msurarea vitezei cu morica hidrometric........ ..............................................2.4.3 Morica hidrometric OTT................................................................................2.4.4 Morica hidrometric Deplhin...........................................................................

2.5 Calculul debitelor lichide n ruri cu ajutorul moritii hidrometrice..................2.6 Calculul debitului lichid cu ajutorul flotorilor..................................................2.7 Sistem SONICFLOW de msurare a debitelor utiliznd timpul diferenial de transmitere a

ultrasunetelor..........................................................................2.8 Staie automat de colectare a datelor hidrologice............................................2.9 Regimul debitelor rurilor.................................................................................

2.9.1 Exprimarea scurgerii..........................................................................................2.9.2 Curba integral a debitelor................................................................................2.10 Relaia debit nivel (Q=f(H)) ..............................................................................2.11 Hidrometria valurilor n ruri i lacuri...............................................................2.12 Hidrometria debitelor solide...............................................................................2.13 Msurarea colmatrii lacurilor..........................................................................

2.13.1 Determinarea prin aproximarea polinomial n dou dimensiuni a funciei f......2.13.2 Integrarea numeric a funciei f .....................................................................

2.14 Hidrometria apelor subterane.............................................................................2.14.1 Hidrometria nivelurilor apelor subterane...........................................................2.14.2 Hidrometria vitezei apelor subterane..................................................................

2.15 Modernizarea sistemului de msurare, stocare, transmitere i diseminare a datelor hidrologice............................................................................................

2.15.1 Cerine de dezvoltare.........................................................................................2.15.2 Proiectele LIFE MOSYM i DESWAT............................................................2.15.3 Modernizarea sistemului de monitorizare hidrologic.......................................2.15.4 Dezvoltarea de programe informatice de integrare a datelor hidorlogice.............2.15.5 Staia hidrometric automat pentru determinarea parametrilor cantitativi i calitativi ai

apei.................................................................................................

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

3/1346

INTRODUCERE

Denumirea de hidrologie deriv din cuvintele greceti hydor=api logos=tiini semnifictiina despre ap.

Hidrologia este tiina apelor pmntului, a formrii, rspndirii i circulaiei lor, a interaciuniilor cu mediul nconjurtor, inclusiv legtura cu lumea vie. Pentru aceast definiie unii autori folosesc

termenii de hidrologie general sau hidrologie global.Hidrologia poate fi considerat o disciplin tiinific prin faptul c are un obiectiv precis decercetare i anume resursele de ap, metode specifice de investigare, iar rezultatele cercetrilor propriisunt cerute de practic.

Avnd la baz criteriul existena diverselor categorii de ape pe globul pmntesc s-au definit oserie de tiine hidrologice i anume:1. Hidrologia uscatului sau hidrologia continental - tiina care studiaz procese ce guverneazfluctuaiile resurselor de ap din regiunile de uscat ale Terrei, considernd diferitele faze ale circuituluiapei n natur;2. Oceanografia sau oceanologia, studiaz aspecte legate de mri i oceane i include ramurile caretrateaz: topografia coastelori relieful fundului mrilori oceanelor, fizica, chimia i biologia apelor,tipurile de cureni .a.;

3. Hidrogeologia termen sinonim cu hidrologia subteran, care studiaz apele subterane i n specialrspndirea lor n spaiu. Hidrologia subteran, definit ca ramur a hidrologiei, studiaz apele subteranei n special scurgerea lor, innd seama de condiiile geologice;4. Hidrometeorologia (Fizica atmosferic) se ocup cu studiul apelor din atmosfer pn n momentulcderii pe pmnt i cu interaciunea lor cu factorii condiionali ca: temperatura, umiditatea, vntul,evaporaia .a.;5. Criologia i glaciologia. Criologia este o tiin fizic i se ocup cu studiul apei solide sub toateformele. Glaciologia studiaz proprietile i rspndirea gheii n natur, mai ales sub form de gheari.

Dup metodele de baz folosite n analiza i definirea proceselor hidrologice, hidrologia semparte n:1. Hidrologia dinamic (determinist, parametric, analitic), care reprezint metoda tiinific de analiza proceselor hidrologice cu ajutorul legturilor deterministe n vederea studierii rspunsurilor sistemelorhidrologice.2. Hidrologia statistic sau hidrologia stohastic, care este tiina ce se ocup cu descrierea i analiza

proceselor hidrologice, folosind metodele teoriei probabilitilori statisticii matematice.n raport cu metodele de lucru se pot enumera o serie de tiine hidrologice, care dup diveri

autori sunt considerate chiar pri ale hidrologiei, astfel:1. Hidrografia, este tiina care se ocup cu studiul i descrierea tuturor ntinderilor de ap: oceane,mri, ruri, lacuri. n zona continental, ea are ca scop studiul mediului n care se formeaz resursele deap de suprafa i subterane i n care au loc procesele hidrologice, studiind n principal bazinul ireeaua hidrografic.2. Hidrometria, este tiina care se ocup cu efectuarea observaiilor, msurtorilori analiza elementelorcaracteristice regimului apelor, incluznd metode, tehnici i instalaii (aparate) folosite pentru culegerea

datelor; o ramur aparte a hidrometriei este hidrometria de exploatare a folosinelor de ap pentru a secunoate influena lor asupra regimului natural i pentru optimizarea consumurilor de ap; hidrometriaurmrete deci, crearea unui sistem informaional hidrologic adecvat cerinelor.3. Hidrometeorologia (Fizica atmosferic), este partea aplicat a meteorologiei la calculele hidrologice;n acest sens, ea trateaz condiiile de formare a precipitaiilor i evaluarea lor, studiul factorilor carefavorizeaz evaporaia i regimul de iarn; generalizeaz i interpreteaz factorii climatologici prin

prisma formrii scurgerii de suprafa; prezint sistemul de colectare, prelucrare i transmitere a datelorclimatologice.4. Calculele hidrologice (Bazele statistico-matematice ale hidrologiei), se refer att la aspectul genetic,ct i la cel statistic; acestea pun la dispoziie pentru cei interesai, parametrii resurselor de ap necesari

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

4/1347

pentru dimensionarea i verificarea lucrrilor; tot aici se prelucreaz i datele privind transportulaluvionar.5. Prognozele hidrologice, se ocup de metodele pentru prevederea cu anticipaie a regimului hidrologic,n special pentru exploatarea eficient a lucrrilor hidrotehnice i pentru luarea din timp a msurilor de

prevenire a pagubelor pe care le pot provoca apele n exces sau n deficit.

Figura 1 Organigrama hidrologiei

innd seama de obiectele de studiu, hidrologia uscatului se mparte n urmtoarele ramuri:

OCEANOLOGIA sauOCEANOGRAFIA

DINAMIC

HIDROMETEOROLOGIA CRIOLOGIA siGLACIOLOGIA

HIDROLOGIASUBTERAN sau

HIDROGEOLOGIA

HIDROGRAFIA

HIDROLOGIASTATISTIC sau

HIDROLOGIASTOHASTIC

HIDROLOGIADINAMIC

HIDROLOGIA

HIDROMETRIA

HIDROMETEOROLOGIA

CALCULELEHIDROLOGICE

PROGNOZELEHIDROLOGICE

HIDROLOGIA DESUPRAFA sau

HIDROLOGIAVERSANILOR

HIDROLOGIALACURILOR sau

LIMNOLOGIA

HIDROLOGIAUSCATULUI sau

CONTINENTAL

HIDROLOGIARURILOR

sauPOTAMOLOGIA

HIDROLOGIAZONELOR ARIDE

HIDROLOGIABLILOR,A ZONELOR

MLTINOASEI A CELORCARSTICE

HIDROLOGIAAGRICOL

HIDROLOGIAPDURILOR

HIDROLOGIAURBAN

HIDROLOGIAINGINEREASC

1

2

1

2

3

4

5

23 4 5

1a

b

c

d

e

a

c

b

(APLICAT)

HIDROMETEOROLOGIAsau FIZICA ATMOSFERIC

CALCULELEHIDROLOGICE sau

BAZELE STATISTICO-MATEMATICE ALE

HIDROLOGIEI

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

5/1348

a)Hidrologia de suprafa sau hidrologia versanilor, care studiaz procesele de la suprafaa uscatului in special scurgerea de suprafa;

b)Hidrologia rurilor sau potamologia, care se ocup cu studiul cursurilor de ap;c)Hidrologia lacurilor sau limnologia, care studiaz procesele fizice, biologice i hidrologice, privindlacurile naturale i artificiale, n strns legtur cu mediul ambiant;Hidrologia zonelor aride, definit ca tiina care studiaz interaciunea dintre climatul arid i ap;d)Hidrologia blilor, a zonelor mltinoase i a celor carstice, termeni ce se autodefinesc.

Dup folosinele terenului, hidrologia uscatului, se mparte n:a)Hidrologia agricol, care studiaz procesele hidrologice necesare aplicrii lucrrilor hidroameliorativepe teritoriul agricol;b)Hidrologia pdurilor, care se ocup de raportul dintre procesele hidrologice i vegetaia lemnoas;c)Hidrologia urban, care studiaz procesele hidrologice de pe suprafeele ocupate de centrele populate.

Pentru reinerea cu uurin a prilor componente ale hidrologiei, se prezint organigrama dinfigura 1 [Giurma I., .a. 1987].

n lucrare se trateaz toate acele ramuri i pri ale hidrologiei care se refer att la modalitile itehnicile de folosire a hidrologiei, la valorificarea resurselor de ap, la dezvoltarea amenajrilori pentrufundamentarea proiectrii, execuiei i exploatrii lucrrilor hidrotehnice (noduri hidroenergetice,hidroamelioraii, construcii care traverseaz cursurile de ap, alimentri cu ap, transporturi pe ap etc.),ct i la studierea impactului acestor lucrri asupra mediului nconjurtor, definind astfel hidrologia

aplicat sau hidrologia inginereasc.Ca metod de cercetare, hidrologia inginereasc folosete pe larg msurtorile

hidrometeorologice nregistrate la o vast reea de staii dotate cu aparatur clasici modern (bazat pesenzori). n ultimul timp folosete imagini aeriene prelucrate sub forma unor sisteme informaionalegeografice (GIS).

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

6/1349

1. HIDROGRAFIA

Hidrografia este acea parte a hidrologiei care se ocup cu descrierea mediului n care se formeazresursele de ap de suprafai subterane, unde se desfoar procesele hidrologice.

n acest sens se cerceteaz n primul rnd circulaia i bilanul apei n natur, urmrind descriereabazinelori a reelelor hidrografice; acestea sunt caracterizate prin parametrii lor, care furnizeaz datele

de baz pentru cunoaterea proceselor hidrologice i efectuarea msurtorilori calculelor necesare nexprimarea scurgerii lichide i solide.

1.1.CIRCULAIA APEI N NATUR

n natur apa este elementul cel mai rspndit i cel mai mobil i deine un rol foarte important ntoate procesele fizice, chimice i biologice, condiionnd existena vieii, precum i dezvoltareaeconomici social a unei zone.

Din suprafaa globului terestru de circa 510 milioane km2, uscatului i revin numai 149 mil. km2(29,2 %), iar oceanului planetar 361 mil. km2 (70,8 %). Pe suprafaa Terrei se afl un volum de ap decirca 2,0 mld. km3 din care cca. 1,369 mld. km3 n oceanul planetar. Volumul total al apelor uscatuluireprezint 751.200 km3 din care 750.000 km3 n bazinele lacurilor, iar rezerva apei din albiile rurilor

este de numai 1200 km

3

. Volumul anual al scurgerii apei rurilor este aproximativ de 35.000 km

3

.Circulaia apei n natur este un proces complex, care implic o serie de alte procese: evaporaie,condensare, precipitaii, scurgere superficial, infiltraie, scurgere subteran etc., ce fac ca n drumul ei,apa s treac de la o stare de agregare la alta. Aceast circulaie condiioneaz scurgerea pe suprafaauscatului (apele curgtoare i au originea n precipitaiile atmosferice), contribuie n mare msur laformarea rezervelor subterane de api tot odat asigur ap n sol necesar vegetaiei. Fr existenacirculaiei apei n natur, n-ar exista precipitaii i astfel, viaa nu ar fi posibil.

1.1.1. CIRCUITUL HIDROLOGIC GLOBAL

Circulaia apei n natur se ncadreaz ntr-un circuit nchis continuu numit circuitul hidrologic

global la care particip o parte din apa din atmosfer, din hidrosferi din litosfer.Pentru nelegerea acestuia, se prezint n figura 1.1 o schem n care sunt redate modul de

circulaie al apei i procentele din volumul total anual al circulaiei aferente diferitelor spaii.Sub aciunea energiei solare se evapor mari cantiti de ap din spaiul hidrosferei (84 %), al

litosferei - zona umed (10 %) i litosferei - zona arid (6 %). Curenii de aer, cu direcia hidrosfer-litosfer, transport 9 % din vapori, iar cei cu direcia invers numai 2 %. Rezult un surplus de vapori nspaiul litosferei de 7 %.

Vaporii de ap n anumite condiii de temperatur i presiune se condenseaz i datoritgravitaiei cad sub form de precipitaii repartizate astfel: 77 % n spaiul hidrosferei, 17 % n spaiullitosferei umede i 6 % n spaiul litosferei aride. n spaiul hidrosferei, precipitaiile (77 %) sunt maimici dect evaporrile (84 %), iar n spaiul litosferei, precipitaiile (23 %) sunt mai mari dectevaporrile (16 %).

n spaiul litosferei o parte din apele czute se concentreaz, formnd iroaie, ogae, ravene,praie, ruri i fluvii care se vars n cele din urm n mri i oceane. Alt parte se infiltreaz ialimenteaz curenii subterani, ieind dup un timp la suprafa sub form de izvoare, care constituiesurse de alimentare ale apelor curgtoare, care ajung, n final, n mri i oceane, dar parcurg un drum mailung.

Din cele prezentate, rezult evident egalitatea existent ntre volumul de ap transportat subform de vapori din direcia hidrosfer-litosfer i volumul de ap transportat din direcia litosfer-hidrosfer, care demonstreaz c circuitul hidrologic global este un circuit nchis continuu.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

7/13410

Figura 1.1 Circuitul apei n natur

1.1.2. APELE SUBTERANE N CADRUL CIRCUITULUI APEI N NATUR

Sistemul acvifer este considerat integrat n circuitul global al apei n natur.Considernd circuitul global al apei n natur ((1) n figura 1.2 b), care poate fi privit ca o

compunere a dou subcircuite, cel oceanic (2) i cel continental (3), se observ c o parte din precipitaiicad pe sol sau sunt interceptate de vegetaia solului, o parte se evapor imediat (prin evaporaie sauevapotranspiraie), o parte se scurg pe suprafaa solului i o alt parte ptrund n sol (prin infiltraie),dnd natere procesului de scurgere subteran (figura 1.2 a) [Drobot R., Giurma C.R., 2003].

Figura 1.2 Reprezentare schematic a circuitului apei n natur: a) principalelecomponente ale circuitului hidrologic; b) bilanul volumelor de ap anuale

(n km3/an) [dup Banton O., 1997 i Castany G., 1998]

10%

7%

6%

10%

17%

77%

84%

84%

HIDROSFERA LITOSFERA

Zona umed Zona arid

6%6%

2%

9%7%

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

8/13411

Aceast ultim cantitate de ap reprezint de fapt sursa principal de alimentare a apelor

subterane. Procesul de infiltraie remprospteaz n permanen rezervele de ap subteran ialimenteaz, prin circuitul su n acvifere, debitul de scurgere subteran, care la rndul su alimenteazapele de suprafa (izvoarele i cursurile de ap). Circuitul apei este strns legat de circuitul energiei i decel al transportului substanelor minerale [Giurma C.R., 2003].

1.1.3.BILAN

UL APEI

Analiza debitelor aporturilor i debitelor scurgerilor n/din sistem se numete bilan hidrologic(bilan hidric/bilan al apei).

Ecuaia general a bilanului unui sistem hidrologic se poate exprima astfel (bilan al debitelor):

(I) - (O) = S (1.1)

unde: I reprezint intrrile n sistemul hidrologic (aporturi, afluxuri); O, ieirile din sistem (pierderi,efluxuri); S, variaia stocurilor (rezervelor) de ap din sistemul hidrologic pentru o perioad relativscurt de timp, t (de exemplu un an). Pentru perioade mari de timp (numr mare de ani), variaiastocurilor (suma variaiilor anuale) tinde ctre zero.

n particular, pentru un bazin hidrografic (I) = P, (O) = ET+QS, iar ecuaia bilanului se rescrie

astfel:P - ET - QS = S1 (1.2)

unde: P sunt precipitaiile; ET, evapotranspiraia (ET=E+T; E, evaporaia din lacuri i ruri; T,transpiraia din vegetaie); QS, scurgerea de suprafa la ieirea din sistem (QS=QR+QV;QR este scurgerea pe reeaua hidrografic; QV, scurgerea pe versani); S1 este variaia stocurilor(rezervelor) din bazinul hidrografic.

Pentru stabilirea bilanului hidrogeologic al unui rezervor de ap subteran (I) = I = S1, (O) =QW, iar ecuaia (1.1) se poate rescrie astfel [Banton O., Bangoy L., 1997]:

I-QW = S2 (1.3)

unde:Ieste infiltraia apei (I=IS+IR; IS, infiltraia apei provenit de la suprafaa solului;IR, infiltraiaapei din reeaua hidrografic); QW, scurgerea subteran la ieirea din sistem (QW=QB+QH; QB,scurgerea subteran de baz preponderent orizontal; QH, scurgerea care alimenteaz reeauahidrografic preponderent vertical); S2, variaia stocurilor (rezervelor) din bazinul hidrogeologic.

Termenii bilanurilor anterioare au semnificaia unor debite. n practic, n ecuaia bilanului (1.2)se consider evapotranspiraia real (ETR), iar diferena dintre precipitaii i evapotranspiraia real

poart numele de precipitaii efective (PE = P - ETR). Pentru ecuaia bilanului (1.3) se considerinfiltraia efectiv (IE) (n locul infiltraiei globaleI), care alimenteaz efectiv pnza subteran (IE = I R;R este retenia apei prin rdcinile plantelor etc.).

Pentru perioade de timp ndelungate, variaiile stocurilor pot fi considerate nule (ecuaiilesimplificndu-se astfel), ns pentru perioadele scurte de timp, aceste variaii pot fi importante, ndeosebiraportate la ordinul de mrime al celorlali termeni, trebuind astfel cuantificate. Mai mult, aceste variaii

pot fi cauzate uneori de factorul uman, prin activiti ca alimentri (extracii/injecii) cu ap de suprafasau subteran, irigaii etc. Pentru efectuarea unui bilan hidrologic ct mai reprezentativ, este extrem deimportant buna alegere a perioadei de timp i a domeniului pentru care vor fi efectuate calculele. Oastfel de abordare neglijeaz totui dinamica schimburilor interne din sistem i necesit de altfel undomeniu de studiu bine delimitat, pe limitele cruia pot fi clar stabilite intrrile i ieirile din sistem.Aceste condiii sunt ns foarte rar ndeplinite (greu de identificat) n mediul subteran, conceptul nsuide bazin hidrogeologic fiind dificil de aplicat. Pentru efectuarea studiilor hidrogeologice este necesaralegerea unor domenii i perioade de timp accesibile observaiilor, experimentrilor i msurtorilor(delimitarea convenional spaial i temporal), ceea ce conduce la identificarea a trei sisteme

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

9/13412

hidrologice: bazin hidrografic (de suprafa/versant), bazin subteran (hidrogeologic)i acvifer [DrobotR., Giurma C.R., 2003].

Analizat mai general, variaia rezervelor de ap Wstabilit prin diferena dintre cantitatea deap intratI i ieitE dintr-un domeniu de control ntr-un interval de timp determinat, reprezint

bilanul apei i este dat de ecuaia general:

W=I-E (1.4)

Semnul pozitiv sau negativ corespunde creterii, respectiv scderii rezervelor de ap aledomeniului analizat n acel interval de timp.

Bilanul apei prezint importan pentru domenii foarte variate cum sunt: un bazin hidrografic, unlac de acumulare artificial sau natural, un sector de ru, un teren agricol oarecare, stratul de zpaddintr-un perimetru dat, evaluarea volumului de ap imobilizat la formarea podului de ghea etc.

Pentru analiza bilanului apei pe o perioad de un an cu referire la ntregul glob pmntesc, suntnecesare urmtoarele elemente:-zm, cantitatea de ap medie anual evaporat de pe suprafaa mrilor i oceanelor (din spaiulhidrosferei);-zu, cantitatea de ap medie anual evaporat de pe suprafaa uscatului (din spaiul litosferei);-xm, precipitaiile medii anuale czute pe suprafaa mrilori oceanelor;

-xu, precipitaiile medii anuale czute pe suprafaa uscatului;-Y, cantitatea de ap medie anual pe care o transport rurile n mri i oceane, egal cu surplusul devapori de ap ajuni n pturile superioare ale litosferei.

Pentru fiecare spaiu exist urmtoarele relaii de bilan:

hidrosfer zm=xm+Y

litosfer zu=xu-Y

Adunnd aceste ecuaii se obine pentru hidrosferi litosfer:

zm + zu=xu + xm (1.6)

adic, cantitatea total de ap evaporat este egal cu cantitatea total de precipitaii czute.Pentru analiza bilanului apei pe o perioad dati dac ne referim la o zon oarecare de uscat,

sunt necesare urmtoarele cantiti de ap care pot intra, respectiv iei din zona studiat ntr-un timpstabilit:- cantiti intrate

X, apa din precipitaii;Z1, apa din condensarea vaporilor din atmosfer n sol i pe suprafaa lui;Si, apa din teritoriile vecine pe cale subteran;Yi, apa din zonele vecine prin scurgere la suprafa.

- cantiti ieiteZ2, apa din evaporaia de la suprafaa solului, a apei, a zpezii i prin transpiraia plantelor;Se, apa care se deplaseaz ctre teritoriile vecine pe cale subteran;

Ye, apa care se deplaseaz ctre zonele vecine prin scurgere la suprafa.n perioada de timp considerat, rezervele de ap ale zonei studiate variaz cu cantitatea U.Astfel, bilanul apei este dat de ecuaia general:

X + Z1 + Si + Yi = Z2 + Se + Ye U (1.7)

Lund ca domeniu de aplicare al acestei ecuaii bazinul hidrografic al unui curs de ap, se potconstata urmtoarele aspecte particulare:- cu ct bazinul hidrografic este mai mare, aportul i pierderea de ap pe cale subteran sunt cu att maimici n raport cu celelalte cantiti i pot fi neglijate;

(1.5)

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

10/13413

- aportul din teritoriile vecine prin scurgere de suprafa este nul, datorit condiiilor naturale existente nbazinul hidrografic;- Z1este foarte mic n raport cuZ2pentru majoritatea condiiilor.

innd seama de aceste aspecte, se consider cYe reprezint scurgerea de ap a rului i o notmcu Y, iarZ2 - Z1 reprezint evaporaia global pe bazin i o notm cu Z.

Rezult deci ecuaia de bilan pentru un bazin hidrografic ntins, valabil pe orice perioad:

X = Y + Z U (1.8)Dac perioada la care ne referim este un an atunci rezerva U este dat de domeniul apelor

subterane, iar dac aceast perioad cuprinde mai muli ani, atunci variaiile rezervelor de ape subteranese compenseaz de-a lungul anilor (suma algebric a lor este apropiat de zero) i rezult U 0. Deci,ecuaia de bilan pentru un bazin hidrografic ntins pe o perioad ndelungat (mai muli ani) are forma:

X = Y + Z (1.9)

Dac se mpart ambii membri ai ecuaiei prinXrezult:

1=X

Z

X

Y+ (1.10)

unde: =XY este coeficientul de scurgere i =XZ este coeficientul de evaporaie.

Pentru condiiile concrete ale unei zone, bilanul apei pe bazine hidrografice pentru perioade lungide timp este caracterizat prin tipuri de bilan n funcie de X, i .

Bilanul apei n natur are o importan practic deosebit, fiind recomandat ca metod de baz nevaluarea resurselor de ap.

1.2.BAZINUL HIDROGRAFIC

A. GENERALITI

n natur se pot identifica trei sisteme hidrologice: bazin hidrografic (superficial/desuprafa/versant), bazin subteran (hidrogeologic) i acvifer (figura 1.3 a,b) [Giurma C.R., 2003]. Fiecruisistem hidrologic i corespunde o fraciune a circuitului global al apei, un tip de bilan i o categorie deresurse. n caracterizarea unui sistem hidrologic trebuie cunoscute rezervele (volumele) de ap ale acestuia,dinamica lor natural sau potenial, precum i posibilitile acestorrezerve de a se remprospta. Aceastcaracterizare necesit cunoaterea proprietilor fizice i hidrodinamice ale mediilor sistemelor, precumi cunoaterea structurii acestora i raporturilor lor cu mediile/sistemele nvecinate.

Bazinul hidrografic este circumscris prin cumpna apelor (care delimiteaz bazinul versant alunui curs de api al reelei sale hidrografice) (figura 1.3 a,b).

Bazinul hidrogeologic este poriunea din spaiul subteran corespunztoare bazinului hidrografic,adic domeniul apelor subterane care corespunde n general unui bazin sedimentar ale crui limite suntimpuse de structura sa hidrogeologic (figura 1.3 a,b). Acviferul (identificabil geologic) este unitatea

domeniului de studiu al apelor subterane. Bazinul hidrogeologic este constituit dintr-unul sau mai multeacvifere. Termenul de acvifer provine din latin (aqua = ap, ferre = a purta), avnd semnificaiile: carepoart ap", sau cu sens fizic, care transport/transfer ap". Diferitele materiale (structuri) geologice,pentru a fi considerate ca materiale acvifer, trebuie s conin api s aib capacitatea de a transportasau permite transferul apei (prin sol i subsol).

n practic, n cazul mediilor geologice simple sau al bazinelor mari, limitele bazinuluihidrografic (de suprafa) se consider, de obicei, aproximativ identice cu cele ale bazinului subteran(figura 1.3 a,c). Bazinul schematizat n figura 1.3 (a,b,c) prezint acest caz idealizat, n carescurgerile superficiale i scurgerile subterane converg ctre acelai punct de vrsare. n cazul mediilorgeologice complexe, sau al unitilor geologice mai ntinse n plan dect domeniul bazinului de suprafa,

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

11/13414

delimitarea bazinului subteran poate fi dificil, conceptul nsui de bazin versant nemaifiindsatisfctor/aplicabil.

Figura 1.3 (d,e) prezint dou tipuri de dificulti ce pot aprea n delimitarea unui bazin subteran(n privina direciei de curgere). Structura materialelor geologice poate favoriza local scurgeri pe odirecie opus scurgerii de suprafa (inducnd pe alocuri exportarea" apelor subterane n afaradomeniului subiacent bazinului de suprafa) (figura 1.3 d). De asemenea, un sistem hidrogeologicregional poate funciona independent de topografia domeniului de suprafa i induce un bazin

hidrogeologic mult mai larg dect bazinele versante de suprafa asociate (figura 1.3 e).ntr-un sistem hidrologic delimitat n spaiu i n timp (pe o perioad specificat) este posibilstabilirea unui bilan al intrrilor i ieirilor din sistem, al schimburilor dintre diferite componentehidrologice.

Deci, prin bazin hidrografic, bazin de recepie sau bazin colector, se nelege teritoriul de pe carei colecteaz apele un obiect acvatic (ru, lac, mare etc.). n practic se ntlnesc bazine superficiale isubterane [Drobot R., Giurma C.R., 2003].

Figura 1.3 (a,b) Sisteme hidrologice: bazin hidrografic, bazin hidrogeologic, acvifer;(c) limite ale bazinelor hidrologic i hidrogeologic; (d), (e) exemple de bazine versante i subterane disjuncte [adaptare dup

Banton O., 1997 i Castany G., 1998]

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

12/13415

Bazinele superficiale sunt delimitate prin liniile de cumpn a apelor de suprafa care unesc

punctele de pe suprafaa teritoriului din care apa n exces, rezultat din precipitaiile atmosferice, sescurge gravitaional, fie spre obiectul acvatic care intereseaz, fie spre obiectele acvatice vecine.

Bazinele subterane determin mrimea alimentrii obiectelor acvatice din apele subterane. S-aconstatat c limitele bazinelor superficiale i subterane nu coincid n majoritatea cazurilor (figura 1.4.).

Pentru aceleai obiecte acvatice, diferenele care apar ntre bazinele superficiale i cele subterane

prezint importan practic ndeosebi n cazul ntinderilor relativ mici i nregistreaz o scdereproporional cu mrimea bazinelor.

Figura 1.4 Limitele diferite ale bazinelor: superficial i subteran

La determinarea limitelor bazinelor subterane apar dificulti mari, care pot fi soluionate numaiprin studii laborioase de teren i drept urmare se stabilesc numai n cazurile de importan deosebit (nzonele de carst pentru cunoaterea debitelor minime etc.).

Limitele unui bazin se pot modifica fie pe cale natural, prin aciunea continu a factorilor fizico-geografici care pot avea ca rezultat captarea unui ru de ctre altul, prin adncirea albiei i naintarea eictre culme (dezvoltarea profilurilor longitudinale), fie datorit activitii omului, prin realizarea deconstrucii hidrotehnice care s conduc apa, parial sau chiar total, dintr-un bazin n altul.

Caracterizarea unui bazin pentru a fi ct mai complet trebuie s se refere att la caracteristicilegeometrice (elementele definitorii ale bazinului), ct i la caracteristicile fizico-geografice principale.

B. ELEMENTELE DEFINITORII ALE BAZINULUI HIDROGRAFICBazinul hidrografic, bazinul de recepie sau bazinul colector, al unei reele hidrografice,

reprezint suprafaa teritoriului de pe care apele rezultate din precipitaii i cele subterane se scurg iptrund n ramificaiile reelei.

n spaiul bazinului hidrografic au loc toate procesele fizice, care determin scurgerilehidrologice, de aici decurgnd i importana sa n studiile hidrologice. Suprafaa i subteranul bazinuluihidrografic sunt elementele care influeneaz distribuia precipitaiilor atmosferice n parametriicaracteristici circuitului hidrologic.

Limita bazinului hidrografic se traseaz pe planurile de situaie n funcie de relieful reprezentatprin curbele de nivel i este determinat de cumpna apelor sau perimetrul bazinului hidrografic; acestase poate defini ca locul geometric al punctelor de pe care apa rezultat din precipitaiile atmosferice se

scurge gravitaional spre reeaua hidrografic a bazinului.Cumpna apelor unui bazin hidrografic, trecnd prin punctele cele mai nalte (culmi de muni,coline, dealuri) aparine i bazinelor nvecinate.

La un curs de ap se poate stabili bazinul hidrografic corespunztor profilului de nchidere(seciunea de vrsare), ct i cel corespunztor unui profil oarecare de pe cursul respectiv, n care poateexista un post hidrometric, o confluen, o captare de ap, o derivaie, un lac de acumulare etc. [GiurmaI., .a., 1980; Giurma I., Crciun I., Giurma C.R., 2001].

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

13/13416

a. Delimitarea bazinului hidrografic, a subbazinelori a zonelor interbazinale

Delimitarea bazinului hidrografic se face pe hri la scar adecvat pentru ca prin planimetrare snu se obin erori mai mari de 2 %. Sunt preferabile hrile la scara 1:100000, 1:50000 sau 1:25000

pentru suprafee mici.

n anumite situaii pentru trasarea cumpenei apelor, adic a punctelor de unde apa de suprafa secolecteaz de ctre reeaua cursurilor de ap a bazinului dat, se pot face corecturi utiliznd hri pe caresunt trasate curbele izohipse. n figura 1.5 se indic procedeul de delimitare a bazinului hidrografic, printrasarea cumpenei apelor, iar n figura 1.6 se prezint o situaie n care bazinul hidrografic difer fa decel delimitat topografic [Podani M., .a., 2000].

Linia cumpenei apelor delimiteaz prin proiecia orizontal suprafaa bazinului hidrografic.Dup modul cum se realizeaz transportul apelor de scurgere dintr-un bazin hidrografic n albia

cursului principal, se stabilesc dou categorii de zone i anume (figura 1.7) [Giurma I., .a., 1997]:- subbazine hidrografice, de pe care scurgerea este transportat concentrat prin intermediul unei reelesecundare de scurgere (aflueni) n cursul principal;- zone interbazinale, de pe care transportul scurgerii se realizeaz pe ntreaga lungime a frontului de

contact dintre zone i cursul principal de ap.

Figura 1.5 Delimitarea bazinului hidrografic

delimitareaazinului

pe criteriulhidrogeologic

aza de eroziuneHmin=230 mdMN

Hmax=1130 mdMN

500

400

cumpna apelorsau limita de

delimitare abazinuluihidrografic pe

baze topografice

1100

300

400

700

900

10001000

800

600

cursul de apcolector principal

curbe de nivel sauizohipse (mdMN)

reea hidrografic(cursuri de ap)

Sg

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

14/13417

Figura 1.6 Situaia n care bazinului hidrograficdifer de bazinul delimitat topografic

Figura 1.7 Delimitarea pentru un bazin hidrografica subbazinelori a zonelor interbazinale

b. Suprafaa bazinului hidrografic

Dup trasarea cumpenei apelor se trece la planimetrarea suprafeei conturului pe care l parcurge.Operaia se repet de mai multe ori, iar suprafaa se exprim n km2 sau hectare. Suprafaa planimetratreprezint proiecia reliefului pe un plan utiliznd un sistem de proiecie, n realitate suprafaa bazinuluifiind cu att mai mare cu ct bazinul este mai denivelat. n ara noastr s-a folosit mai mult proieciacilindric transversal Gauss-Krger sau proiecia stereografic pe un plan unic secant 1970. n acestecondiii, relieful muntos se proiecteaz cu o anumit eroare, suprafaa msurat fiind diferit de ceareal, ns n limita erorilor de msurare [Podani M., .a., 2001].

LEGEND

______ limita bazinului hidrografic

(cumpna apelor)- - - - - limita subbazinelori azonelor interbazinale

ABCDE - cursul de ap principalFB - afluent de dreapta

GCiHD - aflueni de stnga1, 2, 4, 6 - subbazine hidrografice

3, 5, 7 - zone interbazinale

versantul bazinuluihidrografic

cumpna apelordelimitat de hart

delimitarea bazinuluihidrogeologic cu aportde ap n bazin

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

15/13418

Astfel,

Sreal = (1 ) Smsurat [km2] (1.11)

unde: este eroarea de proiectare a suprafeei bazinului pe planul de referin; aceast eroare este practicnul n zonele de es i colinare ajungnd la 0,02 n zonele de munte.

n figura 1.5 delimitarea prezentatine seama i de aspectele hidrogeologice, suprafaaSgavndun aport semnificativ de ap n bazinul hidrografic dat prin scurgere subteran masiv (cum este cazulzonelor de carst) i atunci bazinul va include i aceast suprafa, adic:

Sb =Stopo + Sg [km2] (1.12)

Figura 1.6 justific acest demers, deoarece n ara noastr se ntlnesc situaii de acest fel nbazinele Criurilor, Someului i Arieului.

n bazinul hidrografic din figura 1.7 se observ c suprafaa total a bazinului Fdat n km2, estemprit de cursul principalABCDEn dou:- Fd, suprafaa bazinului aflat pe dreapta cursului principal;- Fs, suprafaa bazinului aflat pe stnga cursului principal.

Pornind de la izvorul A al cursului principal pn la confluena din B, se determin suprafeelepariale: F1dpe dreapta i F1spe stnga. Suprafaa bazinului hidrografic aferent profilului situat imediatamonte de confluena dinB este: F1s + F1d. nB, intervine pe dreapta cursului principal, afluentul FB,cu suprafaa subbazinului corespunztorF2.

Suprafaa bazinului hidrografic aferent profilului situat imediat aval de confluena din B esteF1s+F1d+F2i este repartizat astfel:- pe dreapta: F1d+ F2;- pe stnga: F1s.

Continund astfel se obin valorile suprafeelor pe dreapta i pe stnga, corespunztoarediferitelor profile caracteristice de pe traseul cursului principal, precum i lungimea acestuia l, [km].

n profilul de nchidere al bazinului hidrografic rezult:

Fd = F1d + F2 + F3d + F5d + F7d

Fs = F1s + F3s + F4 + F5s + F6 + F7s (1.13)

l = lAB + lBC + lCD + lDE

F = Fs + Fd

Pentru trasarea epurei bazinului se ia un sistem de axe rectangular n care se reprezint la scriconvenabile, pe ordonat, lungimea cursului principal, pe abscisa pozitivFs i pe abscisa negativFd.

Pentru bazinul hidrografic din figura 1.7 s-a ntocmit epura reprezentat n figura 1.8.Suprafeele pot fi determinate cu ajutorul planimetrului polar, iar lungimile cu ajutorul curbimetrului.

Epura bazinului hidrografic permite determinarea suprafeei de bazin hidrografic aferentoricrui profil de nchidere situat ntre izvori vrsare, profil n care poate exista un post hidrometricsau se proiecteaz o lucrare hidrotehnic. Din aceast epur se observ c suprafaa drenat a bazinuluihidrografic crete pe msur ce profilele de nchidere se situeaz ctre avalul cursului de ap. Mrimeasuprafeei bazinului hidrografic prezint importan n stabilirea volumului de ap al rului i are oinfluen direct asupra formrii scurgerii, determinnd diferenieri calitative i cantitative n structuraregimului, astfel:- la formarea debitelor maxime provenite din scurgeri, odat cu creterea suprafeei bazinului hidrografic,scade probabilitatea acoperirii integrale cu precipitaii;- la scurgerea minim, alimentarea subteran crete cu suprafaa bazinului.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

16/13419

Suprafaa unui bazin hidrografic se manifest ca un regulator al scurgerii i anume: odat cucreterea suprafeei bazinului se produce o regularizare a repartiiei scurgerii anuale [Chow V.T.,1964].

Figura 1.8 Epura bazinului hidrografic

c. Lungimea bazinului hidrografic

Lungimea bazinului hidrograficL [km] se definete ca fiind distana msurat de la vrsareacursului principal pn la cumpna apelor (obria cursului). n cazul unor bazine asimetrice sau cuaspect curbat, lungimea bazinului hidrografic este dat de linia median a bazinului (locul geometrical punctelor aflate la mijlocul distanei dintre versanii opui).

d. Limea medie a bazinului hidrografic

Limea medie a bazinului hidrografic B se determin prin calcul, ca fiind raportul dintresuprafaa i lungimea bazinului:

L

FB =

[km]

unde: F este suprafaa bazinului hidrografic, [km2]; L, lungimea liniei mediane a bazinuluihidrografic, [km].

Lungimea i limea medie a unui bazin hidrografic reprezint dou caracteristici foarteimportante a cror cunoatere este necesar la prevederea volumului i a amplitudinilor viiturilor. Cuct limea medie a bazinului este mai mici lungimea mai mare (bazin de form alungit), cu att

amplitudinea viiturilor va fi mai redus.

e. Forma bazinului hidrografic

Geometria suprafeelor bazinului hidrografic este extrem de variat i numai cu abateri arputea fi asimilat cu figuri geometrice cunoscute.

Coeficientul de dezvoltare al cumpenei bazinului hidrograficValoarea coeficientului d se obine ca raportul dintre lungimea cumpenei apelor bazinului dat

i perimetrul unui cerc avnd o suprafa egal cu a bazinului.

(1.14)

l(km)

A

B

C

D

E

F7 F5 F3 F2 F1 F1 F3 F4F5s F6 F7 Fs(km2)Fd(km

2

afluentFB

afluentGC

afluent

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

17/13420

F

Lc

lc

Lcd

2==

[-]

unde: Lc este lungimea cumpenei bazinului hidrografic, [km]; lc, perimetrul cercului cu o suprafaegal cu suprafaa bazinului, [km].

Coeficientul de dezvoltare al bazinului hidrograficCoeficientul este dat de raportul dintre limea medie i lungimea bazinului sau de raportul

dintre suprafaa bazinului i suprafaa ptratului avnd latura egal cu lungimea bazinului.

2L

F

L

B==

[-]

Abaterea de la forma circular

Relaia care d aceast abatere de la forma circular este:

Lc

F

4=

[-]

Coeficientul de asimetrie al bazinului hidrografic

Modul n care suprafaa total a bazinului hidrografic este distribuit pe stnga sau pe dreaptacursului principal determin asimetria. Acest coeficient a este dat de relaia:

F

FF

FF

FFa ds

ds

ds )(2

2

=

+

=

[-]

Amplitudinea i desfurarea viiturilor este influenat i de forma bazinului hidrografic. Cu ct

valoarea coeficientului de dezvoltare al bazinului hidrografic este mai mare, cu att viiturile vor aveaamplitudini mai accentuate.

f. Idograma bazinului hidrografic

Idograma este o reprezentare grafic prin intermediul creia este redat variaia limii bazinuluin raport cu lungimea cursului principal de ap. Referindu-ne la bazinul hidrografic din figura 1.7se calculeaz limile medii ale zonelor direct aferente cursului principal:

BBA = FBA/lBA = (F1d + F1s)/lBA = F1/lBA

BCB= FCB/lCB = (F3d + F3s)/lCB = F3/lCB [km] (1.19)

BDC = FDC/lDC = (F5d + F5s)/lDC = F5/lDC

BED = FED/lED = (F7d + F7s)/lED = F7/lED

ntr-un sistem de axe rectangular se reprezint la scri convenabile, lungimea cursului de apprincipal pe abscis i limile medii pe ordonat. Originea sistemului de axe coincide cu vrsareacursului principal,E.

n B, CiD intervin afluenii FB, GC i HD cu subbazinele hidrografice corespunztoare.n acelai sistem de axe, reprezentnd grafic n mod adiional, limile subbazinelor pe lungimile

afluenilor respectivi, rezult forma idogramei din figura 1.9.Idograma bazinului hidrografic ne permite stabilirea limii medii a bazinului n orice punct

situat n lungul cursului principal de ap.

(1.18)

(1.15)

(1.16)

(1.17)

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

18/13421

Figura 1.9 Idograma bazinului hidrografic

g. Curba hipsometrici altitudinea medie a bazinului hidrografic

Curba hipsometric este o reprezentare grafic a repartiiei suprafeei bazinului hidrografic pezone de altitudine cu ajutorul creia se determin ce procent din suprafaa bazinului are altitudinisuperioare acesteia.

Pentru determinarea curbei hipsometrice se ia un sistem de axe rectangular, n care se reprezintaltitudinile pe ordonat i suprafeele pariale fi dintre curbele de nivel, pe abscis [Giurma I., .a.,1980; Giurma I., Crciun I., Giurma C.R., 2001].

Notaiile folosite n figura 1.7 i figura 1.10 au urmtoarea semnificaie:H1 este cota curbei denivel de cea mai nalt altitudine, [m]; H, echidistana curbelor de nivel, [m]; C1 i C0 sunt cotele de

pe cumpna apelor, cea mai nalt, respectiv cea mai joas [m];fi, suprafeele pariale cuprinse ntrecurbele de nivel de ordinul i, i= 1,2,...,n [km2].

Construirea curbei se realizeaz prin reprezentarea perechilor de valori (Hi,=

n

i

if1

).

Altitudinea medie a bazinului hidrografic se calculeaz dup planul de situaie cu curbe denivel, considernd c suprafeele pariale fi, cuprinse ntre curbele de nivelHi-1 i Hi au altitudinile

medii 10,5( )i iH H + . Altitudinea medie a bazinului se obine ca o medie ponderat cu formula:

F

Hf

H

n

i

ii

med

== 1 [m] (1.20)

Dac egalm aria cuprins ntre curba hipsometric i axele de coordonate cu aria unuidreptunghi, avnd ca baz suprafaa bazinului hidrografic, rezult altitudinea medie a bazinului egalca limea dreptunghiului.

B(km)

lDC lCB

lCG

lDH l FlBA l(km)lD

E D C B AH G F

BED BDC

BDH

BDHBCG

BCB BAB

BBFBCG

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

19/13422

Altitudinea medie a bazinului hidrografic, indic tipul de relief n care se afl acesta, dup cumrezult din urmtoarea clasificare convenional:- bazine de munte (Hmed > 600 m);- bazine de deal (200 m

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

20/13423

Exist trei tipuri limit de curbe hipsometrice (figura 1.11) indicate sub form procentual pentrucomparaia unor bazine de diferite dimensiuni. Bazinele hidrografice de tipul I sunt caracterizate princreteri de suprafa n zona de mic altitudine, spre partea aval a rului principal. Cele de tipul II cucreteri uniforme de suprafa, fiind cele mai apropiate de forma clasic, iar cele de tipul III au pondereasuprafeei n zona superioar (figura 1.12).

Figura 1.12 Tipuri diferite de bazine hidrografice, corespunztoarecelor trei tipuri de curbe hipsometrice

Forma bazinului i implicit curba hipsometric reflect modul n care se concentreaz apaprovenit din precipitaii i timpul de propagare al undelor de viitur pn n albia colectoare principal.Forma bazinului este un parametru care se reflect direct n formarea scurgerii de suprafa.

h. Panta medie a bazinului hidrografic

Panta medie a bazinului hidrografic se determin dup planul de situaie cu curbe de nivel,cu ajutorul relaiei:

F

,=

n

i

inivc

med

lH

I [%] (1.21)

unde:

n

i

inivcl , este lungimea total a celorn curbe de nivel din bazinul hidrografic considerat [m];

H, echidistana curbelor de nivel; F, suprafaa bazinului hidrografic [km2 sau ha].Panta medie a bazinului hidrografic este o caracteristic cu influen mare asupra scurgerii, ea

determinnd o anumit vitez de deplasare a apei pe versanii bazinului, n funcie de care va rezultaintensitatea proceselor de eroziune, transport i depunerea particulelor solide din bazin.

i. Similitudinea geometric a bazinului hidrografic

Similitudinea geometric este necesar atunci cnd se pune problema efecturii unorexperimentri pe un model la scar mai mic a unui bazin hidrografic dat.

bazin de tipul I bazin de tipul II bazin de tipul III

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

21/13424

Figura 1.13 Condiia de similitudine geometric a bazinelor hidrografice

Bazinul hidrografic prototip i bazinul hidrografic model trebuie s corespund condiiilor deomotetie. Similitudinea geometric complet are loc atunci cnd se obine valoarea constant a raportuluide scar al lungimilor, pentru fiecare punct de intersecie cu razele vectoare duse (figura 1.13).

C. CARACTERISTICILE FIZICO-GEOGRAFICEALE BAZINULUI HIDROGRAFIC

Aceste caracteristici se refer la poziia geografic, condiiile climatice, structura geologic,caracteristicile solului, relieful, vegetaia, gradul de acoperire cu lacuri i mlatini.

Caracteristicile fizico-geografice ale unui bazin hidrografic mpreun cu caracteristicile

geometrice, constituie factorii de baz pentru analiza fenomenelor hidrologice, pentru cunoaterealegturilor care exist ntre scurgere i factorii care o genereaz.

Dup delimitarea bazinului hidrografic se stabilete poziia geografic a bazinului prinlongitudine i latitudine. Se localizeaz bazinul i fa de puncte cunoscute, cum sunt ruri mari, orae,masive muntoase, lacuri i mri. Se pot indica i bazinele vecine.

a. Poziia geografic

Coordonatele geografice (latitudinea i longitudinea) precizeaz poziia geografic a unui bazinhidrografic, poziie ce include elementele comparative cu bazinele vecine.

b. Condiiile climatice

Factorii climatici principali care caracterizeaz un bazin sunt: radiaia solar, temperatura solului,temperatura aerului, evaporaia, umiditatea aerului i precipitaiile atmosferice. Valorile medii pe bazineale acestor factori se determin cu ajutorul hrilor cu valori punctuale, a hrilor cu zone sau cu izolinii.

c. Structura geologici solul

Modul de alimentare pe cale subteran a unui ru este dictat de structura geologic a bazinulhidrografic aferent rului. Solul prin caracteristicile sale determin infiltraia, scurgerea de suprafaievaporaia. Deci, att geologia ct i solul unui bazin hidrografic joac un rol important n circulaia apeii trebuie cunoscute n activitatea de proiectare.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

22/13425

d. Relieful

Relieful exercit o influen direct asupra scurgerii prin pantele versanilor i indirect prindeterminarea zonalitii verticale a factorilor climatici pe care i determin.

e. Vegetaia

Vegetaia influeneaz direct scurgerea, ca element de protecie mpotriva procesului de eroziune

i indirect asupra regimului de umiditate al solului.n modificarea bilanului apei n natur prezint o importan major pdurea. Gradul dempdurire al unui bazin se caracterizeaz prin coeficientul de mpdurire (Cp).

p

p

FC

F= [%] (1.22)

unde: Fp, este suprafaa din bazin acoperit de pduri.

f. Gradul de acoperire cu lacuri i mlatini

Lacurile i mlatinile din interiorul unui bazin hidrografic au efect direct asupra scurgerii iindirect pot contribui la cre

terea umidit

ii aerului. Gradul de acoperire cu lacuri

i mla

tini al unui

bazin se caracterizeaz prin coeficientul de lacuri i mlatini (C1).

11

FC

F= [%] (1.23)

unde: F1, este suprafaa din bazin ocupat cu lacuri i mlatini.Caracteristicile geometrice i caracteristicile fizico-geografice ale unui bazin hidrografic prezint

o importan major n cunoaterea ct mai aprofundat a bazinului respectiv, necesar pentru evaluareacorect a mrimilor hidrologice, pentru stabilirea judicioas a soluiilor de gospodrire raional aresurselor de ap. innd seama de perioada mare n ani pentru care se elaboreaz un plan de amenajarecomplex al unui bazin hidrografic, este necesar s fie luat n analiz, dinamica bazinului, schimbrile

factorilor si mai puin stabili care pot modifica chiar evoluia resurselor.n acest studiu prezint un rol important problema urbanizrii. Pentru bazinele mai mici, sefolosete curent coeficientul de urbanizare (Cu):

uu

FC

F= [%] (1.24)

unde: Fu, este suprafaa din bazin acoperit de aezri urbane.

1.3. REEAUA HIDROGRAFIC

Precipitaiile atmosferice n momentul cderii lor pe suprafaa uscatului, vin mai nti n contactcu nveliul vegetal care reine o mic cantitate din ele constituind intercepia, ct i cu depresiunile frscurgere ale terenului care alctuiesc retenia. Intercepia i retenia n depresiunile terenului, luatempreun, formeaz retenia superficial.

Apa reinut superficial nu are posibilitatea de a se scurge, ci se epuizeaz fie prin evaporare, fieprin ptrundere n pmnt sau prin ambele fenomene simultan.

Apa rezultat din precipitaii poate s parcurg urmtoarele etape: o parte se evapor i sentoarce n atmosfer, o alt parte se infiltreaz n pmnt, iar dup ce a fost depit capacitatea deinfiltraie a solului, n prezena pantelor i sub aciunea forei gravitaionale, apa se deplaseaz din

punctele mai nalte ale reliefului spre cele mai joase, formnd apele curgtoare.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

23/13426

Pentru domeniul hidrotehnic prezint importan att apele curgtoare de pe suprafaa uscatuluicare fac obiectul studiilor hidrologice, ct i apele infiltrate care circul sub form de cureni subterani icare fac obiectul studiilor hidrogeologice.

Apa care circul pe suprafaa terenului, folosete un sistem ramificat de vi i depresiuni naturalecare dau din una n alta, alctuind reeaua hidrografic. Reeaua hidrografic natural se completeazcu canale, cu lacuri de acumulare i se reduce cu formaiuni neproductive ca bli i mlatini.

O reea periodic (temporar) format din rigole de iroire, ogae, ravene numite formaiuni ale

eroziunii n adncime se deosebete de o reea permanent format din praie, ruri i fluvii, cunoscutesub denumirea general de ruri.n ceea ce privete formaiunile eroziunii n adncime, rigolele de iroire au adncimi de pn la

0,5 m i se pot prezenta ca nite anuri mici, izolate, aproape paralele ntre ele, dispuse pe versani pelinia de cea mai mare pant sau sub forma unei reele de anuri foarte neregulate i dese, orientate pedirecii diferite i cu seciuni variabile. Ogaele sunt anuri naturale neregulate, de lungime relativ mic,cu adncime ntre 0,5 i 2 m, cu seciune transversal neregulat de cele mai multe ori n form deV i sunt orientate aproximativ pe linia de scurgere i au fundul aproape paralel cu linia terenului[Giurma I., 2003].

Ravenele provin din ogae prin dezvoltarea acestora n lungime, adncime i lime; adncimilelor depesc 2...3 m, ajungnd la zeci de metri, iar limile pot atinge, n cazuri rare chiar peste 100 metri.

Rurile fiind cursuri naturale permanente se caracterizeaz printr-o serie de elemente componente

care se succed dinspre amonte spre aval astfel:- izvorul (obria) sau locul de unde ia natere rul;- albia de scurgere sau cursul rului;- vrsarea sau locul unde apele rului se contopesc cu o alt unitate acvatic.

Izvoarele rurilor se determin n majoritatea cazurilor cu aproximaie i de cele mai multe orisunt generate de intersecia suprafeei terenului cu un strat acvifer.

Cursul rurilor se poate diviza n mod convenional n trei sectoare i anume: cursul superior,mijlociu i inferior.

Vrsarea rurilor sau gura de vrsare este mai bine definit dect izvorul i de aceea distanele pecursul rurilor se msoar de la vrsare ctre izvor.

Mai multe ruri legate ntre ele formeaz un sistem de ruri sau sistem fluviatil. Sistemelefluviatile se mpart n:- sisteme independente, cnd rurile se vars direct ntr-un lac, n mare sau n ocean;- sisteme dependente, cnd rurile se vars n alte ruri i prin intermediul acestora ajung ntr-un lac,mare sau ocean.

Orice sistem fluviatil este format dintr-un ru principal i mai muli aflueni care la rndul lor potprimi ali aflueni.

A. CODIFICAREA NUMERIC A RURILORCriteriile de stabilire a unei ierarhizri a rului principal i a afluenilor lui sunt: lungimea,

debitul, limea, adncimea, direcia ca i dispoziia fa de colectorul principal. innd seama de uneledin aceste criterii, se ntlnesc mai multe tipuri de codificare. Astfel, dup sistemul Panov se atribuie cel

mai mic ordin de mrime (n=1) vilor singulare a cror lungime s nu fie mai mic de 5 km; ordinulimediat superior (n=2) corespunde vilor care rezult din unirea a cel puin dou vi de ordinuln=1 etc.

Rurile din ara noastr au o codificare n cadastrul apelor, ntr-un sistem zecimal ce are aseordine de ierarhizare. Au fost luate n considerare acele cursuri de ap care au o lungime mai mare de 5km i o suprafa a bazinului de recepie mai mare de 10 km2.

Avnd la baz acest sistem zecimal, s-a conceput un sistem de codificare numeric a rurilor, ncadrul cruia fiecrui ru i este ataat un grup de informaii format dintr-o literi dou numere:a) litera codific numele bazinului hidrografic;

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

24/13427

b) primul numr codific rurile din acelai bazin hidrografic; acesta este format din ase cmpurinumerice, ce corespund celor ase ordine de confluen ale rurilor i cuprinde 11 cifre cu structuraurmtoare:- cmpul 1 (o cifr) se rezerv rurilor principale care definesc bazinul hidrografic; principalele ruri caredefinesc cele 15 bazine hidrografice din ara noastr sunt considerate ca ruri de ordinul 1;- cmpul 2 (trei cifre) se rezerv afluenilor direci ai principalelor ruri din cadrul fiecrui bazinhidrografic; pentru fiecare bazin hidrografic se consider aflueni de ordinul 2, afluenii direci ai

principalelor ruri care definesc bazinul respectiv;- cmpul 3 (dou cifre) se rezerv afluenilor de ordinul 3;- cmpul 4 (dou cifre) se rezerv afluenilor de ordinul 4;- cmpul 5 (dou cifre) se rezerv afluenilor de ordinul 5;- cmpul 6(o cifr) se rezerv afluenilor de ordinul 6 din cadrul fiecrui bazin.

innd seama de cele expuse, codificarea numeric a unui ru se face astfel: cu numereleexistente n Atlasul cadastral pentru rul respectiv, se completeaz cele ase cmpuri, adic 11 cifre.

Numerele ce urmeaz a fi nscrise n fiecare cmp se aliniaz de la dreapta la stnga, iar n spaiilermase libere se nscrie cifra zero.c) al doilea numr reprezint lungimea n hectometri a rului de la vrsare spre izvor. Deoarece, nRomnia nu exist nici un ru cu lungimea mai mare de 99999 hm, pentru acest numr se rezerv uncmp format din cinci cifre.

B. CARACTERISTICILE MORFOMETRICE ALE REELEI HIDROGRAFICE

a. Lungimea reelei hidrografice

Lungimea total a unei reele hidrografice este format din lungimea cursului principalLp ilungimea afluenilor li:

=

+=n

i

iptotala lLL1

[km] (1.25)

Prin lungimea unui curs de ap (principal sau afluent) se nelege distana exprimat n km,msurat n plan orizontal de la confluen spre izvor.

Figura 1.14 Schema hidrografic a unui curs de ap

Pentru a se marca punctele de confluen ale unui ru principal cu ramificaiile de ordin inferior,se folosete schema hidrografic a cursului de ap (figura 1.14).

Fiecare punct caracteristic (de confluen, existena unei lucrri hidrotehnice, a unui posthidrometric etc.) este marcat cu o mrime kilometric. Marcajul kilometric este realizat prin indicatoarevizibile de la mare distan pentru rurile navigabile, iar pentru celelalte cursuri de ap prin borne de

beton.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

25/13428

Msurarea i kilometrarea se face pe teren i pe hri la scrile: 1/10.000, 1/25.000, 1/50.000etc., n funcie de gradul de precizie dorit. Kilometrul "0" se consider intersecia liniei rmului culinia talvegului (dac rul se vars ntr-o zon litoral).

Msurarea pe hri se face cu ajutorul curbimetrului sau a compasului cu deschideri egale.

b. Coeficientul de sinuozitate

Acest coeficient notat Ks reprezint raportul dintre lungimea rului Lrmsurat dup toatesinuozitile lui i lungimea dreptei l care-i unete extremitile:

0,1>=l

LKs r [-] (1.26)

Coeficientul de sinuozitate variaz n limite destul de largi pentru rurile din Romnia i anume:1,01,05 pentru rurile de munte; 1,051,15 pentru rurile din zonele subcarpatice, premontane i de

podi; 1,151,3 pentru rurile din zonele de cmpie.

c. Coeficientul de ramificare

Acest coeficient Krreprezint raportul dintre lungimea tuturor ramificaiilor (l1, l2,, ln) unei

reele hidrografice inclusiv cursul principal (Lp) i lungimea cursului principal i este dat de relaia:

p

pn

L

LlllKr

++++=

...21 [-] (1.27)

Valorile luiKs iKrsunt necesare pentru studii privitoare la evoluia albiei, calculul volumuluilucrrilor de dragare, a lucrrilor de regularizare a cursurilor n vederea mririi capacitii de transport aacestora, atenuarea undelor de viitur etc.

d. Densitatea reelei hidrografice

O reea hidrografic va colecta un volum de ap mai important cu ct va avea mai multe

ramificaii i cu ct acestea vor fi mai lungi.Densitatea reelei se stabilete prin msurtori efectuate pe hart i reprezint raportul dintrelungimea tuturor ramificaiilor (l1, l2,, ln), inclusiv lungimea cursului principal (Lp) i suprafaa carenscrie reeaua hidrografic respectiv (F).

][km/km... 221F

LlllD

pn ++++=

Densitatea reelei hidrografice este rezultatul aciunii a mai multor factori care pot fi combinaintr-o relaie de forma:

221 q A q, , [km/km ]D q k

A g A

=

unde: A este diferena maxim de altitudine a suprafeei luat n studiu, [m]; , o funcie scalar carepentru o reea hidrografic dat poate fi studiat pe baza variabilelor componente i poate fi corectatprin confruntarea rezultatelor cu cele obinute din prima formul a densitii; q, debitul specific alscurgerii pe versani [m/s]; k, factor de eroziune [s.m-1]; , densitatea apei scurse de pe versani [g/cm-3];

, vscozitatea dinamic [g/s.cm];g, acceleraia gravitaional [m/s-2].n Romnia s-a calculat o densitate a reelei hidrografice pentru ntreg teritoriul i s-au obinut

valori care oscileaz de la 0,1 la 0,5 km/km2, n regiunile aride ale Brganului, la 1,2 km/km2, n MuniiFgrai Munii Apuseni [I.N.M.H., 1997].

(1.28)

(1.29)

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

26/13429

e. Profilul longitudinal al reelei hidrografice

Profilul longitudinal este o reprezentare grafic a reelei hidrografice n plan vertical, ntocmitdup hri cu curbe de nivel sau pe baza unor msurtori hidro-topografice i exprim succesiuneacotelor terenului de pe fundul vilor. Pe aceeai diagram se pot reprezenta i profilele n lung ale tuturorramificaiilor mai importante ale reelei hidrografice.

Figura 1.15 Schema profilului longitudinal al unui ru

Profilul conine pe abscis lungimea n km, iar pe ordonat altitudinea n metri, a diferitelorpuncte caracteristice (deasupra nivelului mrii) (figura 1.15).

Se remarc faptul c valea de ordinul cel mai mare are cote mai mici dect vile adiacente,ceea ce permite alimentarea gravitaional prin afluxul de ap al acestora. Pantele cursurilor de ap crescde asemenea, odat cu creterea altitudinilor.

O caracteristic a profilului longitudinal al unui curs de ap const n aceea c, n majoritateacazurilor are forma unei curbe cu concavitatea n sus, explicabil prin faptul c afluxul de ap crete dinamonte spre aval i odat cu acesta se dezvolt seciunile transversale ale vilor, care ofer la afluxurispecifice, pierderi hidraulice mai mici. Pentru transportul afluxurilor specifice, pierderile hidraulicemicorate impun pante descresctoare (figura 1.15).

C. ALBIILE CURSURILOR DE AP

Profilul transversal reprezint intersecia unui ru cu un plan vertical perpendicular pe direcia de

curgere a apelor.Din punct de vedere hidrologic, acest profil prezint o importan deosebit, deoarece n funciede caracteristicile lui se stabilete capacitatea de curgere, repartiia vitezelor, direcia curenilorlongitudinali i transversali ai rurilor etc.

Profilul transversal poate fi asimilat cu un dreptunghi, trapez, parabol sau combinaii ale acestorfiguri geometrice. El este variabil i difer att de la un ru la altul, ct i n lungul aceluiai ru, fiindinfluenat de forma i structura vii (figura 1.16).

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

27/13430

Figura 1.16 Seciuni transversale caracteristice la un curs de ap;a) n zona de munte; b) n zona colinar; c) n zona de cmpie

Vile cu un profil transversal n form de "V" sunt caracteristice formaiunilor tinere,neevoluate, aflate la nlimi mari ale cursurilor de ap, precum i la rurile care strbat vile adnci nform de chei de origine tectonici eroziv sau epigenetic, dezvoltate n calcare. n acest caz, rurile

au doar albie minor ngust i sunt lipsite complet de albie major.Vile mari, evoluate, cu profil transversal n form de "U", vile trapezoidale, precum i zonelede es, permit i formarea unor albii majore.

Limile albiilor minore i majore variaz foarte mult de la un curs la altul, precum i de la unsector la altul pe acelai ru.

Variaia pe vertical a albiei cursurilor de ap poate avea cauze naturale sau artificiale datoratelucrrilor hidrotehnice sau exploatrii de balast din albie. Adncirea albiei poate pune n pericolconstruciile hidrotehnice din zon prin degradarea pilelor de pod sau pot lsa pe uscat prizele de aputilizate pentru folosinele de ap. Depunerile masive n lacurile de acumulare, mai ales n zona amonte aacestora, este un alt aspect negativ. Exist i un aspect pozitiv legat de crearea zonelor de extracie a

balastului i a agregatelor folosite ca material de construcii pentru realizarea betoanelor.Prin albia unui curs de ap se nelege poriunea inferioar a unei vi ocupat permanent sau

temporar de curentul de ap. n procesul de formare a albiilor, caracteristicile regimului hidraulic auconstituit factorii cei mai activi. Regimul hidraulic sau regimul de scurgere a curenilor de ap, definitprin debit lichid i solid, niveluri, viteze de scurgere, fenomene de iarn, intensitatea i caracterulviiturilor etc., reprezint principala caracteristic de scurgere a unui curs de ap, n timp i spaiu.Regimul de scurgere are un caracter complex, depinznd de foarte muli factori dintre care cei maiimportani sunt: climatici, geologici i biologici.

Albia unui curs de ap modeleaz forma curentului i i imprim direciile de curgere n cazulcnd este aezat pe structuri geologice tari, iar n caz contrar, curentul de ap este acela care prineroziuni i depuneri i modeleaz singur albia natural. Interdependena dintre curenii de api albiilelor fac obiectul dinamicii albiilor, care este o ramur a hidraulicii.

Cunoaterea caracteristicilor scurgerii apei i a aluviunilor (viteze, debite, niveluri etc.) sunt destrict necesitate pentru a rezolva o gam larg de probleme dictate de disciplinele hidrotehnice, cum ar

fi: construcii hidroenergetice i de navigaie, regularizri de ruri, alimentri cu ap etc. [U.S. ArmyCorps of Eng., 1993].

a. Traseul n plan

Traseul n plan al unui curs de ap pe un sector dat este alctuit din curbe i contracurbe legate ntreele prin tronsoane n aliniament.

Traseul albiei majore este determinat de relieful nalt al vii care limiteaz limea ei, iar traseulalbiei minore este n general sinuos i mai puin stabil.

Traseul unui ru este determinat de linia talvegului care, n general, se confund n plan cu firulapei (axul dinamic) i mai rar, de axul albiei minore sau de malurile nalte ale acesteia.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

28/13431

Prin talveg se nelege locul geometric al punctelor de adncimi maxime ale albiei minore dinprofile transversale succesive.

Prin ax dinamic se nelege locul geometric al punctelor cu cele mai mari viteze de curgere dindiferite profile transversale ale cursului de ap.

Poriunea de trecere a talvegului i a axului dinamic al curentului de la o curb la o contracurb (dela un mal la cellalt) se numete traversad (figura 1.17).

O proprietate natural a rurilor o constituie tendina de erpuire (sinuozitate) care poate fi

imprimat de unele cauze i anume: obstacol, spare mai pronunat a unui mal, aglomerare asimetric aaluviunilor n albie etc.

Figura 1.17 Traseul n plan al albiei unui ru cu dispozi ie sinoas normal

Datorit eroziunii malului concav al cursurilor de ap, se dezvolt continuu curbura lor, crescndastfel lungimea curbelor. Odat cu creterea lungimii curbelor, cresc i adncimile albiilor, dar numai

pn la un anumit moment de la care ncep s scad. Dac lungimea prii curbe a traseului rului estemai mare de D/2 se formeaz o meandr (figura 1.17), iar cnd este mai mic rezult un cot.

Dup evoluia formei n plan se disting sectoare de ru cu o evoluie pronunat numite sectoare demeandrare (figura 1.17) i sectoare cu meandrare mpiedicat.

Termenul meandr reprezint sinuozitatea albiei care cuprinde dou praguri i dou adncituri cuevoluie n plan. Lungimea cuprins ntre dou bucle consecutive este pasul meandrei. Terenulcorespunztor malului convex, nconjurat de bucla meandrei, se numete capul sau lobul meandrei, iar

poriunea adncit a malului concav reprezint firida.Pentru calculul elementelor unei meandre (figura 1.18), s-au stabilit pe baza teoriei regimului,

urmtoarele formule empirice:10,0 [m]

29,0 [m] (1.30)

1,6 [m]

x Q

y Q

B Q

=

=

=

unde: Q este debitul cursului de ap (m3/s).

Figura 1.18 Meandre

mal covex

talveg

mal concav

traversad

Y

X

B

pasul

firid

lob

D

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

29/13432

Meandrele pot fi divagante i adncite (nctuate). Viteza de deplasare a meandrelor adncite

este mult mai mic dect a meandrelor divagante. Meandrele sunt forme instabile i dac nu sunt fixatese dezvolt n unele cazuri, pe o lime de teren egal cu de 20 de ori limea albiei respective.

n timpul viiturilor, cnd curgerea n albia major este normal pe direcia meandrelor, se produccele mai mari transformri i drept urmare, unele ramuri ale meandrelor dispar i apar altele. Astfel, nalbiile majore largi, din sectorul inferior al rului, apar tot felul de albii vechi, izolate complet i

transformate n bli sau legate de ru numai n perioada apelor mari.Strpungerile meandrelor pot scoate din funciune o serie de lucrri de art construite pe ruri.n lungul unui curs de ap, privind din amonte spre aval, traseul n plan este foarte diferit i

anume: n sectorul montan exist o stabilitate asigurat de rezistena la eroziune a terenului, albia majorlipsete sau este unilateral i foarte slab dezvoltat, iar axele dinamice la ape mari i mici aproapecoincid; sectorul premontan i de dealuri este caracterizat printr-o instabilitate accentuat, n unele zoneformndu-se mai multe albii mobile; sectorul de cmpie care este un sector cu tendin pronunat demeandrare, caracterizat prin pante reduse, albiile majore sunt largi i prezint terase, iar axele dinamice laviituri i ape mici sunt complet diferite; sectorul de delt este caracterizat printr-o instabilitate mare icontribuie la formarea continu a unor albii secundare.

Figura 1.19 Elemente de traseu pentru corelaiile lui Fargue

Pentru sectorul de cmpie s-a stabilit de ctre Fargue pe baz de observaii sistematice nitelegturi aproximative ntre forma sinuoas a albiei i profilul transversal al acesteia i anume (figura1.19):- pentru un sector de ru format din dou curbe succesiveS1iS2, cu curbura 1/Ri adncimea cursuluih, hmaxse afl la distana de din lungimea curbei msurat de la curbura maxim, iarhmin la distana de din lungimea curbei msurat de la curbura minim;- adncimea cursului este direct proporional cu curbura malului convex;- pentru variaii lente, respectiv brute ale curburii, rezult variaii lente, respectiv brute ale adncimii;- pentru o curbur cunoscut se poate determina o singur adncime.

n sectoarele instabile cu traseu foarte sinuos pot aprea supranlri de niveluri, baraje de gheaetc., care conduc la inundaii, deoarece tranzitul debitului lichid i solid i al ghearilor ntmpindificulti.

De aceea, asemenea sectoare trebuie s fie identificate i dac se impun studii hidrometrice(msurtori de debite, niveluri, viteze etc.) pe ele, trebuie mai nti s se recurg la lucrri hidrotehnicespeciale n vederea asigurrii stabilitii lor [U.S. Army Corps of Eng., 1987].

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

30/13433

b. Profilul transversal

Profilul transversal reprezint intersecia unui ru cu un plan vertical perpendicular pe direcia decurgere a apelor.

n anumite cazuri particulare, profilul transversal poate fi asimilat cu un dreptunghi, trapez,parabol sau combinaii ale acestor figuri geometrice. El este variabil i difer att de la un ru la altul,ct i n lungul aceluiai ru, fiind influenat de forma i structura vii.

Figura 1.20 Profilul transversal prin albia unui curs de ap

Vile cu un profil transversal n form de "V" sunt caracteristice formaiunilor tinere,neevoluate aflate la nlimi mari ale cursurilor de ape (vile superioare ale Someului, Cernei etc.),

precum i la rurile care strbat vile adnci n form de chei de origine tectonici eroziv (defileulOltului la Turnu Rou-Cozia, al Jiului la Lainici etc.) sau epigenetic dezvoltate n calcare (CheileBicazului, Caraului etc.) .

n aceste cazuri, rurile au doar albie minor ngust i sunt lipsite complet de albie major.Prin intermediul nivelului apelor mijlocii se pot defini la un curs de ap ntr-un profil transversal:

albia minori albia major (figura 1.20).Albia minor caracterizat prin scurgeri permanente, este aceea prin care se scurg apele mici i

mijlocii (limitat la nivelul debitelor medii multianuale), fiind delimitat prin cele dou maluri cunclinri care variaz de la poziia vertical pn la 1/5 n funcie de structura geologic.

ntre albia minori curentul de ap exist o interaciune puternic tot timpul i drept urmareapar afuieri i depuneri.

Albia major, n care se scurg apele mari n timpul viiturilor este format din albia minoriprile laterale (luncile). Zonele mai ridicate, aflate deasupra nivelului apelor mari, formeaz terasele.Racordarea dintre lunci i terase se face prin intermediul unor versani. n unele cazuri, pot aparedatorit depunerilor de aluviuni la limitele dintre albia minori lunci, nite ridicturi numite grinduri,care mpiedic retragerea apelor mari dup terminarea viiturilor spre albia minor. Limitele albiei majoresunt funcie de gradul inundaiilori pot fi determinate prin calcule hidraulice, hidrologice i statistice

pentru diferite probabiliti de depire a debitelor maxime.Pentru anumite sectoare ale unui curs de ap, este necesar s se in seama i de aspectul

morfologic al malurilor, care permite mprirea albiei n:- albie minor, permanent ocupat cu ap, cu maluri abrupte i lipsite de vegetaie, albie ce corespundenivelului mediu al apelor mici;- albie mijlocie sau principal, care include i albia minor i corespunde nivelului mediu al apelormijlocii; partea superioar a acesteia are pante mai mici i n cuprinsul ei se dezvolt o vegetaie slab;- albie major, care este mult mai stabil dect albia principal; regimul hidraulic n cele dou albii estetotal diferit, datorit rugozitii i razelor hidraulice diferite.

Limile albiilor minore i majore variaz foarte mult de la un curs la altul, precum i de la unsector la altul pe acelai ru (fluviul Dunrea avea nainte de ndiguire la Galai o lime a albiei minore

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

31/13434

de 7001000 metri, iar limea albiei majore ajungea n timpul nivelurilor maxime la 10 km; la Giurgiun aval de port limea albiei majore este de numai 3 km; rurile Ialomia, Olt, Siret etc. au albiile minorelate de cteva zeci de metri, iar n sectoarele inferioare au albiile majore late de la 1 km la 10 km)[Giurma I., 2004].

Profilul transversal al unei albii se caracterizeaz prin suprafaa seciunii transversale a apei la unmoment dat, n cadrul creia se pot distinge (n perioada cnd pe ru nu exist pod de ghea): o seciuneactiv (face parte din suprafaa seciunii n care este evident micarea apei) i un spaiu inactiv (mort)

(figura 1.21).

Figura 1.21 Suprafaa seciunii transversale

Figura 1.22 Elementele seciunii transversale la o albie acoperit cu pod de ghea

Cnd exist un strat de ghea pe ru, seciunea transversal este mprit n: seciunea activ,

seciunea inactiv, seciunea nboiului (ghea spongioas netransparent), seciunea podului de ghea,seciunea zpezii pe gheai uneori poate apare i seciunea prin spaiul cu aer cuprins ntre podul deghea suspendat i nivelul apei (figura 1.22).

Seciunea activ se modific odat cu variaia nivelurilor apei i se caracterizeaz printr-o serie deelemente morfometrice ca: suprafa, perimetrul udat, lime, adncime medie, raz hidraulic, rugozitateetc.

c. Profilul n lung

Profilul longitudinal al unui curs de ap pe un sector de ru, este dat de reprezentarea grafic nplan vertical a liniei talvegului (linia care unete punctele de cea mai mare adncime din seciunitransversale succesive) i a liniilor suprafeei libere la anumite niveluri caracteristice. Profilul mai poatecuprinde: liniile malurilor, poziia posturilor hidrometrice, a confluenelor, a reperilor topografici, a

lucrrilor de gospodrirea apelor (acumulri, derivaii), a prelevrilor de debite i n general, a tuturorseciunilor de bilan.

Profilul longitudinal se caracterizeaz prin transformri continue sub aciunea mai multor factori(fizico-geografici, pant, structur geologic etc.).

Panta rurilor poate fi studiat sub dou aspecte: panta talvegului i panta medie a suprafeei apei.Ea este dat de formula:

L

HHI 21 [-] (1.31)

unde:H1,H2 reprezint cota punctului superior, respectiv inferior; L, distana dintre puncte.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

32/13435

Pe sectoarele cu relief muntos rurile au pante accentuate (0,020,5) i drept urmare au un cursrapid, prezentnd cascade, repeziuri i praguri. Pe msur ce energia reliefului scade, pantele rurilor auvalori din ce n ce mai mici. Valoarea medie a pantei rurilor din regiunile de cmpie oscileaz ntre0,0003 i 0,00015 sau chiar mai mici, apele devin domoale crendu-i un curs sinuos i n consecinapari se dezvolt meandrele [Giurma I., 2000].

Figura 1.23 Sectoare caracteristice ale unui curs de ap cu albie aluvionar

Dac analizm profilul longitudinal al unui curs de ap cu albia aluvionar, deosebim trei sectoare(figura 1.23):- sectorul superior cu panta medie cea mai mare (I1 este de ordinul 0,01), caracterizat prin procesul deeroziune (sectorul de spare);- sectorul mijlociu cu panta medieI2

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

33/13436

n figura 1.24 se exemplific caracterul unei albii n regiuni de es sub raportul interdependeneintre profilul longitudinal i forma n plan a acesteia.Analiznd linia talvegului, se observ c aceasta prezint o succesiune de concaviti i convexiti,formnd succesiv depresiuni (adncuri, gropi) i proeminene (praguri, vaduri). Gropile corespundsectoarelor curbe n plan, iar pragurile sectoarelor de inflexiune. Aceste denivelri provoac oglinzii apeirurilor, pante variabile la debite mici, iar la debite mari panta apei se niveleaz. Rezult deci, c variaia

pantelor apei depinde de variaia nivelului, a vitezei de curgere, ct i de procesele de eroziune i

depunere. Cercetrile au stabilit c n cazul nivelului ridicat al apelor se produce o puternic eroziune aconcavitilori o acumulare a materialului erodat n zonele cu asperiti.Rurile n evoluia lor tind ctre profilul de echilibru, profil ce se realizeaz atunci cnd eroziunea

i acumularea se compenseaz. Profilul de echilibru al unui ru are forma unei curbe parabolice maiaccentuat n regiunea de izvori foarte domoal spre vrsarea rului.

O noiune legat de profilul longitudinal al unui ru o constituie nivelul sau baza de eroziune, carereprezint nivelul de confluen al rului cu un alt ru, fluviu, lac, mare sau ocean. Cu ct nivelul de bazeste mai cobort, cu att eroziunea n ru va fi mai accentuat.

n funcie de locul de vrsare a rurilori fluviilor exist mai multe niveluri de eroziune i anume:niveluri generale date de oceane, niveluri de eroziune legate de mrile continentale i niveluri deeroziune locale date de confluena a dou ruri.

d. Reprezentri batimetrice

Reprezentarea hidrotopografic (seciuni transversale, vedere n plan) a albiei unui curs de ap, seface prin curbe batimetrice (figura 1.25).

Figura 1.25 Curbe batimetrice ale albiei minore. a) definiia curbeibatimetrice; b) trasarea curbelor batimetrice

Se numesc curbe batimetrice, curbele de egal adncime ale albiei, avnd ca plan de referin suprafaa liber a apei la cel mai sczut nivel nregistrat de-a lungul anilor, numit plan de cot zero. Semai folosete drept plan de cot zero suprafaa liber a apei la data calendaristic corespunztoareridicrii hidrotopografice.

n practic, curbele batimetrice se traseaz prin puncte de egal adncime obinute cu ajutorulunor profile transversale ridicate hidrotopografic. n curbura unui sector de ru, aceste curbe sunt maiapropiate la malul concav (pantele sunt mai mari) i mai deprtate la malul convex.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

34/13437

Curbele batimetrice aflate sub planul de referin de cot zero au valori negative, iar cele aflatedeasupra au valori pozitive. Cele mai adnci curbe batimetrice au form de elipse alungite i ndoite.

Reprezentarea hidrotopografic se folosete la calculul volumului de ap acumulat ntr-un sectorde albie, la studii hidrodinamice, la proiectarea unei lucrri hidrotehnice etc.

Deoarece forma unei albii se modific n timp, iar reprezentarea hidrografic ne d caracteristicilemorfologice ale albiei la un moment dat, apare necesitatea unor ridicri hidrotopografice recente pentru afi utile n proiectare. Cel mai concludent exemplu l constituie lucrrile de regularizri de albii care nu se

pot executa dup un proiect mai vechi, proiect care a avut la baz reprezentri hidrotopografice la unmoment dat ce nu mai sunt n concordan cu situaia real din teren din momentul execuieiregularizrii.

e. Fenomenul de nghe-dezghe al cursurilor de ap

Apariia i meninerea temperaturii aerului sub 0 oC, genereaz fenomenul de nghe i drepturmare, rurile trec n faza regimului de iarn. Se admite convenional ca nceput al perioadei de iarn,nregistrarea temperaturilor negative ale aerului i ca sfrit, creterea nivelului apelor de primvar.

Intensitatea i durata fenomenului de nghe n ape (ruri, lacuri, canale etc.) sunt determinate de o

serie de factori, cum sunt: suma temperaturilor zilnice negative ale aerului ( ot ), compoziia chimic a

apei, viteza apei, debitul, viteza vntului, compoziia litologic a malurilor, grosimea stratului de zpadpeste ghea, prezena izvoarelor calde, condiiile morfometrice, deversarea unor ape mai calde n ruride la procese tehnologice exoterme etc.

Cele mai rspndite formaiuni de ghea, care apar pe marea majoritate a apelorrii n fiecare ansunt: gheaa la mal, podul de ghea, ace de ghea, ghea de fund, ghea spongioas (nboiul, zaiul sauinia), sloiuri, nghe pn la fund, zpoare i blocaje de gheuri.

Durata total a formaiunilor de ghea este n medie de 80100 zile n zonele muntoase inordul Moldovei, 6080 zile n sudul Moldovei i n Transilvania, 4060 zile n sudul rii, 2040 dezile n vestul rii i 3545 zile pe Dunre (uneori se poate ajunge pn la 90 de zile). Se menioneazc existi sezoane de iarn fr fenomene de nghe pe ruri.

n cadrul regimului de iarn al rurilor se pot observa trei faze caracteristice: procesul formriighe

ii, nghe

ul complet

i dezghe

ul.

e1) Procesul formrii gheii

Dup rcirea stratului superficial al apei, apar primele formaiuni de ghea numite ace de ghea,care au aspectul unei pojghie subiri asemntoare cu un lichid uleios.

Cnd viteza apei n ruri este mic odat cu acele de ghea se formeazi gheaa la mal, carepoate s apar sub trei aspecte: formaiuni temporare sau gingii (apar de obicei noaptea i ziua se topesc),formaiuni permanente i puni de ghea.

Dac suprarcirea apei continu, se formeaz cristale de ghea n jurul particulelor de aluviuni nsuspensie i de fund, cristale ce se unesc i alctuiesc gheaa interioar, care poate apare sub forma deghea spongioas sau ghea de fund.

Cnd apa n ruri are temperatura cu cteva zecimi sub 0o

C n timpul ninsorii, se formeaznboiul de zpad, care de multe ori d natere unei mase amorfe ce plutete, denumit inie.

e2) ngheul complet al rurilor

Dac temperatura apei continu s rmn negativ, sloiurile de ghea cresc ca numr idimensiuni, reducnd viteza curentului de api se formeaz podul de ghea.

n iernile geroase, gheaa crete n grosime putnd apare ngheul pn la fund numai pesectoarele rurilor din nord i est, cnd alimentarea subteran este foarte mic sau lipsete i pantele suntfoarte line.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

35/13438

Grosimea stratului de ghea este funcie de urmtorii factori:

H=f( ot , h, v, R) [m] (1.32)

unde: ot este suma temperaturilor negative ale aerului; h, grosimea stratului de zpad pe ghea; v,

viteza curentului;R, particularitile suplimentare de regim ale locului unde s-a format stratul de ghea(intensitatea i temperatura apelor freatice, salinitatea i compoziia chimic a acestora etc.).

Factorul principal care influeneaz creterea grosimii gheii este temperatura aerului, influen cerezult din formula:

oH t = [m] (1.33)

unde: este coeficientul care reprezint condiiile locale naturale.

e3) Dezgheul rurilor

Spre sfritul iernii, odat cu creterea progresiv a temperaturii aerului, grosimea gheii semicoreaz sub aciunea factorilor termici (energia solar, ploi calde, vnturile etc.) i a factorilormecanici (presiunea apei pe partea inferioar a gheii, aciunea mecanic a unor sloiuri i corpuri

plutitoare etc.).Topirea gheii se desfoar n mod diferit de la un ru la altul i este n funcie de: viteza i

caracterul apelor mari de primvar, temperatura apei, caracteristicile morfometrice ale albiei etc.Imediat dup topirea zpezilor, are loc ridicarea podului de ghea, ca urmare a creterii

volumului de ap din albie. Odat cu ridicarea, podul de ghea se sfarm n blocuri de ghea de diferitedimensiuni.

Aceste sloiuri se ngrmdesc n zonele caracterizate prin ngustri ale albiei, prezena insulelor,pant redus a rului, prezena meandrelor cu raz de curbur mic, ramificri n brae ale rului,existena unor praguri de fund, a podurilor, a unor obstacole etc., formnd blocaje de ghe uri (zpoare)care obtureaz seciunea de scurgere, provocnd nlarea important a nivelurilor apei n amonte.

Supranlrile datorate zpoarelori blocajelor pot fi remarcabile n unele ierni (de exemplu, niarna 1941/1942 pe Dunre la Giurgiu, s-au nregistrat creteri de 910 m).

Cele mai mari niveluri cunoscute pe Dunre se datoreaz blocajelor. Zpoarele sunt mai frecventepe rurile din zona de est a rii noastre i difer de la un ru la altul n funcie de direcia de curgere aapelor. Condiii favorabile producerii zpoarelor se ntlnesc n zona de intrare n lacurile de acumulare,datorit reducerii vitezei apei (cazul rului Bistria unde acest fenomen foarte frecvent se manifest ncoada lacului Izvorul Muntelui). Zpoarele pot avea ca efecte negative: inundarea centrelor populate,distrugerea malurilor, deformarea albiei, periclitarea construciilor hidrotehnice etc. [Bartha I., Giurma I.,.a. 2003].

Prevenirea formrii zpoarelor se face prin nlturarea blocajelor i prin distrugerea indeprtarea sloiurilor. Zpoarele odat formate pot fi distruse sub aciunea presiunii apei din amonte i

prin intervenia omului. Dac zpoarele iau proporii mari, se recurge la minarea sau dinamitarea lor.

e4) Necesitatea cunoaterii fenomenului de ngheCunoaterea fenomenului de nghe prezint importan deosebit pentru proiectarea, execuia i

exploatarea construciilor hidrotehnice, gospodrirea apelor, navigaie, combaterea inundaiilor datorateblocajelor de gheai n general pentru combaterea tuturor efectelor distructive provocate de ghea.

La proiectarea construciilor hidrotehnice (baraje, diguri, stvilare, epiuri, prize, pile etc.) esteluat n calcul fora de mpingere a gheii, iar n execuie i exploatare acestea sunt protejate prin

pereintrii, etc., de efectul izbirii sloiurilor i prin grtare, dispozitive de golire etc., de efectul aglomerriinboiului i sloiurilor.

7/29/2019 97810050-Curs-Hidro

36/13439

Presiunea exercitat de ghea poate fi static (provocat de mpingerea gheii dilatate) idinamic (exercitat de blocurile de ghea n micare).

Pentru calculul presiunii statice maxime, specialitii recomand formula lui Royen:

( ) ( )2

30,9 1 1gg g g g

tP h t t

n

= + + [t/m] (1.34)

unde: hg este grosimea stratului de ghea [m]; tg, cresterea maxim a temperaturii gheii n timp de nore [oC].

Se admite c tg=0,35.ta, unde ta este creterea maxim a temperaturii aerului n acelai

interval de timp.Cnd lipsesc datele meteorologice, pentru presiunea static a gheii, sunt recomandate o serie de

valori care difer de la o ar la alta.Astfel, pentru Rusia, Pg=728 t