6. Cercetri de geomorfologie aplicat pentru cunoaterea modificrilor la nivelul

albiilor de ru

Factori de control ai modificrilor albiilor de ru. Ce

trebuie s cunoasc un geomorfolog? Cu privire la tipul de albie. Cu privire la relaiile debit lichid - debit solid. Cu privire la albiile stabile. Cu privire la caracteristicile geometrice, fizice i petrografice ale aluviunilor Cu privire la procesele fluviale sub

influena barajelor. Schimbrile n regimul scurgerii lichide i solide sun influena barajelor. Rspunsul morfologiei albiei de ru la amenjarea de baraje. Sudii de caz: Efectul interveniilor antropice asupra dinamicii albiei rului Brlad. Granulometria

materialului de albie al rului Prut.

6.1. Factori de control ai modificrilor albiilor de ru

Rurile au fost prezentate ca sisteme geomorfologice cu legturi complexe ntre variabilele de control ale aportului de debit solid, Qs, i debit lichid, Q, pe de o parte, i variabilele dependente ale geometriei albiei, pe de alt parte (Schumm, 1977). Cercetrile au condus la formularea teoriei geometriei hidraulice, odat cu lucrarea de pionierat a echipei Leopold i Maddock (1953) care au stabilit relaii de putere ntre cele dou domenii. Variabila care are un puternic control asupra geometriei albiei este debitul solid, dat de intrarea de aluviuni, mai mare sau mai

mic, din bazinul versant. Debitul solid, vom vedea, este foarte sensibil la orice intervenie antropic.

118

Aceasta pentru c ieirea din sistemul geomorfologic fluvial se calibreaz la nivelul seciunii de control a albiei. In acest caz, toate variabilele din amonte ale bazinului influeneaz seciunea de control, de la tipul de folosin a terenurilor, procesele geomorfologice, geomorfometria bazinului, impactul antropic .a. De aceea, pentru orice amenajare de albie sau de bazin cunoaterea fenomenelor geomorfologice ale albiei devine o necesitate (fig. 6.1).

Figur 6.1. Modelul conceptual al factorilor ce controleaz adncirea albiei: ipoteze de lucru (a la d) (F. Liebault, H. Piegay, 2002)

119

Modificrile albiilor de ru datorit instabilitii verticale i laterale de-a lungul albiilor aluviale, adesea induse de variate tipuri de intervenii antropice, poate deveni neacceptabil pentru activitatea uman nsi, cnd albia major adiacent este dens populat i bine dezvoltat. Adncirea albiei i modificarea geometriei seciunii transversale pot avea numeroase efecte environmentale i societale, cum ar fi: punerea n pericol a podurilor, a digurilor i alte structuri inginereti ; pierderi de terenuri agricole, evacuri de mari volume de aluviuni ; pagube produse ecosistemelor acvatice i riverane ; pierderi ale diversitii habitatului, srcirea n ihtiofaun determinat de neputina petilor pentru depunerea icrelor; efecte asupra relaiei ntre ru i apele freatice, pagube aduse vegetaiei riverane. Managementul i controlul rurilor instabile pun probleme serioase hidrotehnicienilor i amenajitilor, astfel nct este recunoscut importana cercetrilor geomorfologice pentru cunoaterea morfologiei i dinamicii albiei n elaborarea ghidurilor cu scheme de stabilizare.

Rurile mai importante din Europa au fost supuse unor ndelungi i diverse modificri antropice, iar modificrile istorice ale albiilor au fost bine studiate (Petts et al., 1989). Numeroase studii au artat tendine similare ale modificrilor albiilor de ru pentru o perioad istoric ce se desfoar pn la nceputul secolului al XIX-lea, caracterizate prin procese de agradare ce afecteaz diferite componente ale sistemului fluvial (albia minor, albia major, zonele terminale precum deltele), urmate de o inversare a tendinelor agradaionale n timpul secolului XX, ca urmare a diferitelor tipuri de intervenii antropice. Numeroase studii au demonstrat c variaiile climatice induse n frecvena i mrimea inundaiilor au avut un rol important n determinarea instabilitii verticale i orizontale a albiilor.

Adncirea i ngustarea albiilor a fost observat n multe zone din Frana pentru ultimile dou secole, att n cazul rurilor cu pat de pietri, precum i a rurilor mici din zona montan (Liebault i Piegay, 2002). Numeroase albii s-au adncit, ncepnd cu mijlocul secolului al XIX-lea, nregistrnd apoi o accelerare n

perioada 1950 1970. ngustarea albiei s-a datorat clar unei intervenii umane, att n bazin, ct i n lungul albiilor majore. Este vorba de o mpdurire extins a versanilor i o schimbare a utilizrii terenurilor n lungul albiilor majore care a condus la descreterea transportului de aluviuni n sistemul hidrografic respectiv. Aciunile umane au indus profunde schimbri asupra produciei de aluviuni la scara unui timp de ordinul deceniilor, mai ales, n cadrul sectoarelor apropiate de sursele de

aluviuni. Astfel, chiar dac Mica Glaciaie a avut efecte asupra geomorfologiei rurilor, efectul ei este probabil mult mai atenuat, dect efectele interveniilor umane. Rspunsul albiilor de ru prin adncire la modificrile climatice i de utilizare a terenurilor este prezentat n schema logic din fig. 6.1.

Cercetrile asupra modificrii albiilor din Europa n secolul XX (Rinaldi, 2003) au condus la selectarea urmtoarelor categorii de perturbri antropice

120

responsabile de aceste schimbri, cum ar fi: -Perturbri la nivelul bazinului hidrografic, concentrate ntre sfritul

secolului al XIX-lea i primele decenii ale secolului al XX-lea, incluznd rempdurirea a unor mari zone din partea superioar a bazinelor, favorizate de o serie de legi ale managementului terenurilor, stabilizarea versanilor i construirea de numeroase mici baraje pe rurile montane.

-Exploatarea de balast. n timpul celor trei decenii dup cel de-al Doilea Rzboi Mondial volumul de agregate extras din albie a crescut de mai multe ori, ca o consecin a reconstruciei post-rzboi, iar mai trziu, datorit industrializrii i urbanizrii.

-Baraje. Amplasarea lucrrilor tranversale de tip baraj a introdus mari discontinuiti n transportul de aluviuni, n evoluia albiilor de ru i a versanilor adiaceni, care n timp geologic sunt controlate cu o rat foarte redus de manifestare, de micrile tectonice i de variaiile nivelului general de baz. Asemenea structuri sunt i n ara noastr, n numr de cca. 260 lacuri de baraj, cu un volum total de cca. 13 miliarde m (1/3 din volumul total de ap tranzitat ntr-un an de rurile interioare).

-Lucrri de protecie a malurilor i construcia de diguri. Acest tip de intervenii a fost prezent aproape toat perioada secolului XX, n principal, n cazul rurilor care strabat oraele. n Romnia, n perioada 1950-1990, n contextul amenajrilor hidroenergetice i hidrotehnice, s-au construit 771 km de diguri pe cele mai importante ruri, mai ales dup viiturile din 1970 i 1975.

6.2. Ce trebuie s cunoasc un geomorfolog ?

Elementele pe care un geomorfolog trebuie s le aib n vedere sunt : a)geometria plan a albiei, deci tipul de albie; b)relaia debit lichid/debit solid; c)identificarea condiiilor de albie stabil; d)caracteristicile geometrice i fizice ale aluviunilor; e)stabilitatea i evoluia patului aluvionar; f)relaiile morfometrice ale albiei stabile ; g)eroziunile i acumulrile n lungul albiilor; h)procesele morfologice n zona albiilor amenajate prin baraje (colmatarea amonte, eroziune aval).

6.2.1.Cu privire la tipul de albie

Trebuie identificat i caracterizat categoria de albie la care aparine sectorul sau rul analizat: rectiliniar, sinuoas, meandrat i mpletit, n funcie de care se determin parametrii morfometrici, ca de exemplu: limea albiei, lungimea de und a meandrelor sau dintre dou noduri, amplitudinea meandrrii sau mpletirii; baza de curbur a buclelor de meandru; nlimea malurilor; coeficientul de sinuozitate sau mpletire, dinamica albiei funcie de forma lor, s se identifice corect lungimea de und sau spaierea vad - vad i vad - adnc.

121

Rurile n mediul climatic temperat formeaz un continuum de tipuri de albii, cele mai multe sunt albii unitare, drepte, sinuoase i meandrate i mai puin morfologii tranziionale ntre albii sinuoase i albii mpletite. Principalele tipuri de albii sunt derivate din clasificrile propuse de Schumm (1985) i Church (1992) i ele trebuie identificate i descrise de geomorfologi pentru regiunea de studiu respectiv. Iat, de exemplu, n studiile asupra modificrii albiilor dintr-o anumit regiune se poate utiliza clasificarea lui Schumm, puin simplificat (fig. 6.2): 1)sinuoase; 2) meandrate; 3) sinuoase cu ostroave; 4)mpletite.

Fig. 6.2. Clasificarea

albiilor: 1, sinuoase ; 2,

meandrate ; 3, sinuoase cu

ostroave alternative ; 4,

mpletite. Zonele gri

indic ostroave active, iar n negru, albia la ape mici.

Albiile sinuoase se caracterizeaz prin indice de sinuoazitate ntre 1,2 1,5 i includ albii drepte cu absena ostroavelor sau albii sinuoase cu ostroave sporadice pn la frecvente. Albiile meandrate se caracterizeaz printr-o sinuozitate mai mare (1,5 2,5), pante mai mici i aluviuni mai fine n patul albiei. Albiile sinuoase cu ostroave alternative fac trecerea spre albiile mpletite, fiind caracterizate de un

transport aluvionar din ce n ce mai mare. Cea mai bun identificare a tipurilor de albii (i din aceast cauz i cea mai des folosit) este cu ajutorul aerofotogramelor. Iar dac seria de imagini acoper o perioad mai lung de timp (cum ar fi n studiul lui Rinaldi, 2003 pentru rurile din Toscana), geomorfologul poate obine informaii

122

privind transformarea unui tip de albii n alt tip, cnd factorii de control se modific. Din cercetrile noastre asupra albiilor de pe rama estic a Carpailor Orientali a

rezultat sintetizarea unor tendine (fig. 6.3), definirea unor tipuri de albii care sunt n relaie direct cu ajustarea geometriei hidraulice prin agradare i degradare n profil longitudinal (Rdoane et al., 1991). Blocdiagramele cu variatele tipuri de albii de pe rama estic a Carpailor Orientali sunt dublate i de imagini sugestive ale albiilor (fig. 6.4).

123

Fig. 6.3. Tipuri de albii n relaie direct cu ajustarea geometriei hidraulice prin agradare i degradare n profil longitudinalul al rurilor est-carpatice (Rdoane et al., 1991).

Fig. 6.4. Tipuri de albii de ru n partea de est a Romniei : a. albie unitar, rectilinie, Some, la Feldru ; b.albie sinuoas cu ostroave laterale, Suceava la Vereti ; c. albie n roca in situ, Tarcu ; d.albie cu brae multiple, cu tendin de anastomozare, Suceava la Mioveni ; e.albie adnc i ngust adncit n depozite coezive, Brlad la Banca ; f. albie mpletit cu

a. b.

c. d.

a b

d

e

f e

c

124

pat de pietri, Suha Bucovinean (foto N. Rdoane).

Pentru seciunile de albie din aria cristalin a Carpailor, ce corespunde n general, pantei celei mai mari a profilului longitudinal, valorile de oscilaie ale patului albiei sunt sub 50 cm amplitudine i domin degradarea. Albiile prezint numeroase repeziuri i mici cascade, sunt unitare, relativ drepte i o ptur aluvial redus. Tipul 1 stnga din fig. 6.2 ar fi cel caracteristic acestor albii. Seciunile de albie ce strbat aria munilor fliului au valori de oscilaie ce cresc pn la 100 cm. Albiile sunt unitare, cu un pat aluvial gros, format din bolovni i pietri bine rulat i cu ostroave laterale, alternative bine conturate (tipul 1 dreapta n fig. 6.2). n arealul

subcarpatic i extracarpatic, amplitudinea de oscilaie pe vertical a patului albiilor crete simitor, atingnd n cazul Sucevei la Icani aproape 3 m, al Moldovei la Tupilai 2 m, al Putnei 1,5 m. Este arealul de dezvoltare a piemontului extracarpatic n care albiile, cu un surplus de debit solid, nregistreaz cea mai mare mobilitate vertical i orizontal (mpletirea). Aici ntlnim albii de tipul 3 i 4 (fig. 6.2) cum ar fi, de exemplu, albia Sucevei n Depresiunea Rdui, albia Moldovei avale de Gura Humorului .a. n zona luncii Siretului, panta profilului longitudinal se reduce, amplitudinea oscilaiilor patului albiei scade la sub 100 cm, iar albia tinde s meandreze. Tipul 2 este cel care caracterizeaz acest tip de albie, mai ales tipul 2 stnga, datorit unui transport aluvionar destul de nsemnat.

Identificarea tipului de albie, dup cum se poate deduce din aceste exemple, poate s conduc observaia geomorfologic la concluzii pertinente privind complexitatea de factori de control i, n consecin, o evaluare corect a evoluiei sistemului fluvial n ansamblu.

6.2.2. Cu privire la relaiile debit lichid - debit solid

n ce privesc relaiile debit lichid debit solid, atenia trebuie ndreptat n analiza tipului de transport, suspensional sau trt, cunoscut fiind faptul c n albiile sinuoase domin prima categorie de transport, iar n cele mpletite a doua categorie, c n albiile sinuoase transportul trt, chiar dac se face ntr-o proporie redus din debitul solid total, se face tot anul, n timp ce pe rurile cu facies grosier, transportul

trt se face preponderent n timpul viiturilor.

Analiza transportului de aluviuni n relaie cu debitul lichid se realizeaz pentru a evidenia regimul zilnic, lunar, sezonier i multianual, deorece relaiile pot avea alt form funcie de perioada de timp considerat. De asemenea, pe aceast baz se pot face comparaii ntre bazine de forme i mrimi diferite, situate pe litologii diferite, pe utilizri diferite ale terenurilor. Exemplul pe care l ilustrm este cel al relaiei debitului solid (Qs) debit lichid(Q) pentru dou ruri controlate de bazine hidrografice de mrimi diferite : rul Siret n seciunea Lungoci i un ru mic,

125

cheia, de doar 26 km2, afluent al Sucevei (fig. 6.5). Panta corelaiilor pentru cele dou situaii este aproximativ asemntoare, aa

cum indic exponenii celor dou ecuaii, ceea ce denot faptul c ritmul de ncrcare cu aluviuni ale celor dou ruri este aproximativ asemntor. Diferenierea ntre ruri este n legtur cu intensitatea corelaiilor; la un ru mare precum Siretul, corelaia este puternic, ceea ce arat o ridicat senzitivitate a mrimii debitului de aluviuni odat cu creterea debitului lichid, respectiv, o redus influen a factorilor bazinului hidrografic. n schimb, la un bazin mic, senzitivitatea corelaiei este mult diminuat deoarece factorii de influen exercitai de bazin se transmit mult mai uor, distana pn la colectorul principal fiind scurt.

Fig. 6.5. Relaii Qs-Q pentru dou ruri controlate de bazine hidrografice de mrimi diferite.

Alt exemplu de utilizare a corelaiilor Qs = f(Q) au fost discutate la capitolul deste rolul mineritului ca factor de morfogenez (cap. 10), unde activitatea de minerit n bazinul hidrografic Jiu are influen major asupra formei corelaiilor (a se vedea i fig. 10. 12).

De asemenea, trebuie avut n vedere dinamica patului albiei funcie de transportul trt, respectiv dinamica (deplasarea) vadurilor i adncurilor, fenomen ce trebuie evaluat cu exactitate n amplasarea lucrrilor de corectare a albiilor. Un exemplu foarte elocvent n acest sens este discutat n seciunea de studiu de caz,

126

referitor la albia canalizat a rului Brlad care, n timp, a suferit modificri ce arat o revenire la forma iniial, puternic meandrat, a albiei naturale.

6.2.3. Cu privire la albiile stabile

Pe baza cunoaterii dinamicii acestora, a stpnirii relaiilor fundamentale ale geometriei hidraulice, n cazul amenajrii albiilor, studiile de geomorfologie trebuie s aib n vedere urmtoarele aspecte :

- ca lucrrile s se nscrie pe ct posibil tendinelor naturale i s utilizeze energia acesteia, deci s se evite lucrrile care ar modifica prea mult regimul natural, de exemplu, s nu se fac nchideri totale de brae;

- s se cunoasc bine impactul lucrrilor propuse asupra albiei, iar sectoarele amenajate s aib bine asigurate capetele pentru a nu apare fenomenul de ocolire ale rului, acest aspect este funcie de tipul lucrrilor i trebuie analizat nu numai n sectorul amenajat, ci i amonte i aval de acesta;

- s se determine sectoarele stabile, dup aa numitele sectoare model uor de identificat dup urmtoarele caracteristici: curgerea apelor este concentrat ntr-o albie mic, cel puin pn la nivelul mediu; malurile descriu curbe line, fr inflexiuni brute; adncimile la adncuri i vaduri nu difer prea mult; pantele apei sunt aproape uniforme; seciunea udat a albiei, la ape medii are o form parabolic; navigabilitatea (dac este cazul) nu ntmpin dificulti. Toate aceste aspecte pot fi deduse din fia de cadastru pe care trebuie s o aib fiecare ru, cel puin, cele mai importante. Dup caracterizarea lor se trece la studii de detaliu privind elementele de albie stabil, studii n care cunoaterea hidraulic este domeniul solicitat.

Sectoarele stabile pot fi identificate prin cartografierea n teren, cercetarea

hrilor vechi, a aerofotogramelor, metode de dendrocronologie i prin analiza nregistrrilor de la posturile hidrometrice.

Prima metod a fost aplicat pentru rurile din regiunea Toscana unde Rinaldi (2003) a identificat trei clase calitative de modificri verticale ale albiilor (adncire limitat, adncire moderat i adncire intens). n ansamblu, tipul dominant al modificrii verticale a albiilor a fost adncirea sau degradarea generalizat n lungul tuturor sistemelor fluviale investigate. Cea mai mare adncire s-a nregistrat pe rul

Arno, de 4 m pn la 9 m pentru ntreaga perioad analizat (1920-2000). Aerofotogramele i metodele dendrocronologice au fost utilizate, de exemplu,

de ctre Liebault i Piegay (2002) asupra modificrii albiilor rurilor din partea

de sud-est a Franei, sau de Uribelarrea et al. (2003) pentru rurile din partea

central a Spaniei i n numeroase alte locaii. Astfel, n Frana au fost

recoltate 405 carote din arborii de pe prima suprafa adiacent albiei active,

att de pe rurile cu pat de pietri a cror suprafa bazinal depete 900

127

km2, ct i a rurilor mici de munte cu suprafee bazinale ntre 10 i 100 km2.

Cele mai vechi specii studiate au fost Alnus incana, Populus nigra, Pinus

sylvestris. Pe baza rezultatelor obinute s-a stabilit c n ultimii 150 de ani, albiile de

ru tind s se ngusteze i s se adnceasc. Perioada mai scurt de cnd

dispunem de aerofotograme nu a mpiedicat s se obin rezultate notabile

privind modificrile albiilor de ru.

n partea central a Spaniei, rurile Tagus i Jarama au nregistrat

aceeai tendin ntre 1945 i 2000. Diagramele din fig. 6.6a i 6.6b arat

variaia unor parametri ai albiilor msurate pe aerofotograme luate n 1945,

1955, 1973, 1982 i 2000. Astfel, toate cele patru diagrame arat o tendin

de reducere a limii albiilor de ru, a limii albiilor secundare, a suprafeei

ostroavelor active i a celor acoperite cu vegetaie. Tendina se nscrie pe

cea nregistrat la aproape toate rurile din Europa de Vest (unele concluzii

n acest sens le-am obinut i noi pentru albiile din bazinul Siretului i din

bazinul Prutului), respectiv, de ngustare i adncire a albiilor. Cauza

principal invocat de autori rezult din reducerea cantitii de aluviuni

transportate din aria surs i dezvoltarea vegetaiei ripariene.

128

Fig. 6.6a. Evoluia lungimii, limii i razei curburii albiilor abandonate ntre 1750 i 1950. Liniile orizontale reprezint timpul cnd a avut loc tierile de meandru prin

autocaptare. Barele gri verticale reprezint perioadele de viitur (Uribelarrea et al.,

2003).

129

Fig. 6.6 b. Schimbri n morfologia albiilor de ru Tagus i Jarama pe baza

procesrii aerofotogramelor (Uribelarrea et al., 2003)

Reducerea cantitii de aluviuni transportate de ru a fost cauza invocat i n

130

cazul modificrii tipului de albie a rului Prut. Monitorizarea formei albiei minore pe baza hrilor topografice din 1915, 1960, 1980 i 2006 ntre localitile Orofteana i confluena cu Lacul Stnca arat tendinele prezentate n fig. 6.7. n aceast perioad se constat mai multe categorii de modificri ale tipului de albie, de la mpletit spre meandrat, de la sinuos spre meandrat, dar i spectaculoase migrri de meandre i autocaptri. Fenomenul este legat de diminuarea cantitii de aluviuni ce tranziteaz acest sector, n parte i datorit lucrrilor de barare a rului pe teritoriul Ucrainei. Media multianual a debitului de aluviuni n suspensie pe acest sector este de 55 kg/s la un debit lichid de 78 m

3/s n condiiile unui pat aluvial format de pietri mrunt. Dup bararea rului de la Stnca-Costeti n 1978, diminuarea transportului de aluviuni este i mai drastic, la 2,28 kg/s n condiiile unui debit lichid mediu multianual de 81,6 m

3/s.

Fig

. 6

.7.

Ev

olu

ii

ale

tip

ulu

i d

e al

bie

a r

ulu

i P

rut

amo

nte

de

Lac

ul

St

nca

n

co

nd

iii

le r

educe

rii

tran

spo

rtu

lui

de

alu

viu

ni

131

Informaia provenit din seciunile posturilor hidrometrice a fost

monitorizat de noi ntr-un studiu din 1991 asupra rurilor din partea estic a

Carpailor Orientali (n total 70 de seciuni). Pentru fiecare msurtoare,

132

nlimea patului albiei a fost considerat de noi ca fiind poziia talvegului fa

de 0 grafic al mirei hidrologice. Din valoarea nivelului (n cm) s-a sczut

valoarea adncimii maxime (n cm), diferena reprezentnd nlimea patului

albiei. S-au prelucrat datele de msurtori pentru o perioad cuprins ntre

11 50 ani. Rezultatul poate conduce la obinerea de informaii privind

migrarea undelor de aluviuni trte n timp, dar i n spaiu, aa cum

sugereaz alternana agradare degradare identificat de noi prin

prelucrarea datelor de la postul hidrometric Roman pe rul Moldova (fig. 6.8).

Amplitudinea de variaie a acestor unde depete 3 m, de unde concluzia c

prin aceast seciune, transportul de debit trt este unul apreciabil, dac n

1985, patul albiei era nlat la 150 cm fa de 0 grafic al mirei, iar n 1996,

talvegul a cobort la aproape 200 cm sub 0 m al mirei.

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240

Timpul, in luni calendaristice, 1982 - 2003, T

Inaltim

ea p

atu

lui a

lbie

i, H

p,

cm agradare

degradare

agradare

seria reala

Tendinta polinomiala

Fig. 6.8. Alternan agradare-degradare identificat n dinamica patului albiei rului Moldova la Roman pe baza msurtorilor la postul hidrometric n perioada 1982-2003.

Sinteza observaiilor noastre pentru cele 70 de seciuni de albie

133

investigate a artat clar o tendin de adncire sau degradare a albiei minore

pentru 54% din albiile de ru din Carpaii Orientali; albiile stabile (albii care nu

nregistreaz o tendin bine definit i nici oscilaii mai mari de 50 cm) au

reprezentat 24,5%, iar albiile cu tendine de agradare, 21,5 %. Spre

deosebire de tendina rurilor din vestul Europei, unde adncirea i

ngustarea au fost procesele fluviale dominante n secolul trecut, n cazul rii

noastre tendinele de agradare continu s caracterizeze numeroase

sectoare de albii minore, n special, aria piemontan a Carpailor Romneti,

datorit unui transport aluvionar nc foarte mare. Iar acesta este n relaie

direct cu interveniile brutale n bazinele de recepie ale rurilor respective

prin schimbarea utilizrii terenurilor, fie prin despdurire, fie, dimpotriv, prin

ncetarea lucrrilor de ameliorare i corectare a torenilor, a terenurilor

degradate.

6.2.4. Cu privire la caracteristicile geometrice, fizice i petrografice ale aluviunilor

Aspectele sedimentologice care intereseaz un geomorfolog sunt: granulometria att a depozitelor din patul albiei i maluri, ct i a suspensiilor. Se determin diametrele caracteristice (d50, d86, d25...etc) i se realizeaz banda granulometric a rului. In afar de granulometrie se analizeaz uzura galeilor, compoziia petrografic pentru c aceasta ofer informaii asupra stadiului de evoluie a rului, asupra mrimii sau formei optime a granulelor (clastelor). Dispunem n prezent de o baz de date consistent asupra caracteristicilor aluviunilor rurilor est carpatice pe care am fcut-o public n diverse lucrri ale noastre (Ichim et al., 1996; 1998 ; Rdoane et al., 2007), iar ntr-un capitol ulterior prezentm un studiu de caz n care ne referim i la caracteristicile aluviunilor pentru dou ruri ce evolueaz n condiii diferite: rul Brlad i rul Prut. Prin aceste studii de caz avem posibilitatea s prezentm, n detaliu, metodele de lucru, prelucrarea datelor, interpretarea rezultatelor.

6.2.5. Cu privire la eroziunile i acumulrile din lungul albiilor

Cercetrile geomorfologice au drept scop, ntre altele, cartografierea i

134

alctuirea, n final, a unei hari cu procesele de mal (eroziune, acumulare), inclusiv a relaiilor cu versanii (mai ales, alimentarea cu aluviuni a rului), cu natura depozitelor i morfologia patului albiilor. Pentru cunoaterea ratei proceselor se face apel la suprapunerea de documente cartografice sau aerofotograme, realizate n

perioade diferite din care putem deduce ratele deplasrilor laterale ale albiilor. Asemenea metode de lucru au cunoscut un mare succes peste tot n lume unde astfel

de documente au fost disponibile. n Romnia s-au aplicat la Dunre (Panin, 1976), la Moldova (Amriuci, 2000), la Siret (Popa-Burdulea, 2007), la Olte (N.Rdoane, Rdoane, 2003), la Someu Cald (Feier, 2007), la Trotu (Dumitriu, 2007) i aa cum am artat mai sus, la Prut. Unele dintre cele mai spectaculoase reconstituiri ale evoluiei albiilor minore prin aceste metode s-au realizat la fluviul Mississippi pe baza hrilor ntre 1765 i 1932 i aerofotograme ntre 1945 i 2000 (Harmar, 2004).

135

Fig. 6.9. Exemplificarea metodei de digitizare a traseelor albiei fluviului Mississippi

(Harmar, 2004)

136

Fig. 6.10. Exemplu de cuantificare a modificrii n plan a traseului albiilor de ru prin

determinarea unghiului de curbur a meandrelor n lungul fluviului Mississippi : a) exemplificarea variabilitii schimbrii unghiului de curbur pentru un sector meandrat i b) pentru un sector larg sinuos spre rectiliniu. Intervalul de msurare a fost de 2 km (Harmar, 2004).

137

n acest studiu este urmrit rspunsul albiei fluviului la numeroasele intervenii antropice de-a lungul lui, dintre care cele mai importante au fost tierile de meandre. n figurile exemplificate redm o parte din metodologia de obinere i prelucrare a datelor privind migrarea albiei fluviului (fig. 6.9, 6.10). ntreaga procesare a

informaiilor s-a realizat cu softurile GIS. Cartarea geomorfologic a eroziunii sau acumulrii fluviale n lungul rurilor

poate constitui o metod indirect de evaluare a debitului trt. Metodele de evaluare ale acestui parametru de cele mai multe ori sunt indirecte datorit costurilor foarte mari pe care le implic msurtorile directe. Fcnd bilanul eroziune-acumulare n seciunile transversale ale rurilor n pai de timp diferii se poate afla volumul de material erodat sau acumulat n respectiva seciune, ntr-un interval de timp. Aplicaiile noastre la rul Olte ne-au permis s apreciem corect volumul de aluviuni ce intr n lacul Drgneti i prin contribuia debitelor trte.

Pe tronsonul dintre localitatea Bal (podul oselei) i confluena cu Lacul Drgneti, albia Olteului are o lungime de 41,5 km. Din aceast lungime, pe 8 km prezint diguri de protecie lateral, care se prelungesc n lungul albiei rului Olt, respectiv, lacul Drgneti. Albia rului este sinuoas (Lr /Lv =1,3%), iar pe anumite sectoare prezint chiar meandre tipice (tronsonul Bal Rusneti). n aceast situaie albia penduleaz, provocnd att procese de eroziune i prbuire a malurilor, dar i depunerea unei pri din aluviunile transportate, sub form de mici ostroave i renii. Acestea constituie stocarea de aluviuni mobile cu posibiliti de reluare la viiturile ulterioare.

Procesele de eroziune cele mai intense se nregistreaz acolo unde albia minor vine n contact direct cu terasa de 4 - 5 m altitudine relativ, fiind inclus n buclele de meandre. n general, terenurile adiacente albiei, destinate culturilor agricole, nu

dispun de o protecie prin vegetaie forestier, astfel c la viituri baza malurilor este erodat dup care malul cedeaz, materialul se desprinde sub form de pachete i se prbuete. nlimea abruptului pe care s-au produs astfel de procese au atins 20-25 m. Limea pe care a avut loc eroziunea a variat ntre 24 m i 500 m, de aici a rezultat o rat a eroziunii laterale ntre 1,78 m/an i 35,7 m/an, valori foarte mari pentru dimensiunea unui ru ca Olteul.

Procesele de acumulare. n lungul albiei Olteului exist i sectoare de acumulare a materialelor transportate, ndeosebi la viituri. Aceste sectoare se

ntlnesc att n albia minor propriu-zis, sub forma unor mici ostrove ce se observ mai bine n perioada apelor mici, ct i acumulri de mari dimensiuni sub form de renii ce ocup pri din albia major. Reniile reprezint stocuri de materiale disponibile a fi transportate la apele mari. Privite n ansamblu, n componena lor domin nisipurile i foarte rar apar i pietriuri remaniate din versani. Volumul nisipului stocat n renii, cu posibiliti de a fi reluat i transportat la alte viituri, a fost apreciat la circa 2.459.425 m

3.

138

Bilanul eroziune acumulare n lungul rului Olte, aval de localitatea Bal. Pe baza raportului ntre cele dou procese geomorfologice antagonice am realizat care ar fi tendina de evoluie pe sectorul de albie studiat. Rezultatele sunt prezentate grafic n fig. 6.11. Analiza lor arat c procesele fluviale de eroziune i acumulare n lungul rului Olte se afl ntr-un cvasiechilibru, eroziunea nregistrnd o valoare medie de 10,2 m

3/an, iar acumularea, o valoare medie de 9,09 m

3/an. Cele dou procese alterneaz n lungul rului, conform legitii stabilite nc din 1957 de ctre Wolman i Leopold. Ei au artat, pe baz de msurtori, c eroziunea din malul concav, numit i malul exterior, este nsoit de acumularea pe malul convex (interior) situat imediat n aval ; c eroziunea este maxim n apexul malului concav, dup care crete n aval rata depunerilor n renii; c volumul de depozite erodat n malul concav amonte este aproximativ egal cu cel acumulat n malul convex - aval.

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0.5

3.7

8.6

11.3

12.7

15.0

18.4

20.6

22.4

25.2

29.7

33.7

39.2

42.4

45.6

47.6

54.6

59.5

61.2

Lungimea raului, L, km

Ero

ziu

ne, E

, m

/an

A

cu

mu

lare

, A

, m

/an

Rata medie de

eroziune =

10.2 mc/an

Rata medie de acumulare

= 9.09 mc/an

Fig. 6.11. Bilanul eroziune- acumulare n lungul rului Olte, ntre Bal i confluena cu

Lacul Drgneti.

Finalitatea msurtorilor i calculelor a condus la determinarea debitului trt, evaluat la 134.757 t/an. Aceast valoare reprezint 9,5 % din cantitatea debitului solid n suspensie determinat pe baz de msurtori la postul hidrometric Bal (de 1.419.033 t/an). Procentul dedus de noi prin metoda artat se nscrie n valorile medii pentru condiiile albiilor de cmpie, dar cu mare transport aluvial, precum Olteul.

n concluzie, se poate aprecia c metodele geomorfologice de cartografiere i evaluare n teren pot conduce la determinri de mare valoare tiinific a ratelor de

139

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 10 20 30 40 50

Lungimea raului, L, km

Ind

ice d

e s

inu

ozit

ate

, IS

IS(1960)

IS(1984)

desfurare a proceselor geomorfologice. n cazul de fa, metodele ne-au ajutat s evalum volumele de aluviuni totale intrate n lacul Drgneti prin intermediul albiei rului Olte, fr a dispune de msurtori hidrometrice riguroase pe termen lung.

Variaia indicelui de sinuozitate n timp este o alt modalitate de a obine informaii preioase asupra schimbrilor n morfologia albiilor, a tipologiei lor, a posibilitii de a identifica i cauzele. Exemplul rului Suceava n zona extracarpatic este foarte sugestiv n acest sens. Prin suprapunerea hrilor din dou perioade de timp (1960 i 1984), am putut identifica traseele albiilor i am calculat indicele de sinuozitate n cele dou momente de timp. Rezultatul a condus la observaia ilustrat i n fig. 6.12, din care se poate vedea cum un ru cu o sinuozitate de 1,5, pe alocuri chiar 2 (deci o albie meandrat propriu-zis n 1960) s-a transformat n 1984 ntr-un ru cu albie sinuoas, cu numeroase ostroave laterale i mediane.

Fig. 6.12. Variaia n timp a indicelui de sinuozitate a albiei rului Suceava n zona avale de Drmneti pn la confluena cu r. Siret.

n contextul clasificrii lui Schumm (cf. fig. 6.2), aceast tendin arat o cretere a transportului de aluviuni care a determinat albia s se divid n mai multe brae n detrimentul caracterului meandrat, cu trasport aluvionare mai redus, pe care l-a avut anterior. Ipoteza o putem verifica dac analizm pentru aceeai perioad de investigaie, variaia mrimii transportului de ap i sediment n seciunea de albie. Din pcate, msurtori asupra debitelor trte nu se fac, dar avem date n ce privete debitele de aluviuni n suspensie. ntre cele dou tipuri de debite solide exist o bun corelaie, aa c putem aprecia, aa cum indic graficul din fig. 6.13, c ntre 1960 -

140

1984 a existat o aluvionare crescut a albiei. Dup aceast perioad putem prognoza o adncire a albiei i o revenire la o

sinuozitate mai mare din cauza reducerii fluxului de sedimente ce trece prin seciunea de albie, timp n care debitele lichide arat o tendin general de cretere. i ntr-adevr, dup 1995, tendina albiei rului Suceava este de adncire, fenomen pe care l punem pe seama creterii exploatrii de balast i a reducerii cantitii de aluviuni transportate dup 1990.

0

5

10

15

20

25

30

35

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

Q, m

c/s

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Qs, kg

/s

Q, mc/s

Qs, kg/s

Fig.6.13. Variaia debitelor lichide i solide medii anuale ale rului Suceava la postul

hidrometric Icani.

6.2.6. Efectul exploatrii de balast asupra evoluiei albiilor

nainte de 1990, industria materialelor de construcii solicita anual aproape 80 milioane m

3 nisipuri i pietriuri sortate (Clinoiu et al., 1988). Dup o scurt

perioad de declin, n prezent necesarul de balast a crescut vertiginos, astfel nct exist o presiune din ce n ce mai mare asupra albiilor de ru i a terenurilor din albiile majore. Avnd n vedere restriciile de utilizare i condiiile de calitate, aria de exploatare a nisipurilor i pietriurilor cuaternare se reduce aproape numai la sectoarele mijlocii i inferioare din albiile minore ale marilor ruri. Iat, de exemplu, situaia din bazinul rului Siret unde exist 230 balastiere cu o producie de cca 2 milioane m

3 (fig. 6.14) reprezint un potenial foarte ridicat pentru transformarea

albiilor minore. n aceast etap de cercetare nu exist evaluri detaliate asupra rolului acestor balastiere n modificarea albiilor de ru, dect unele observaii punctuale pe unul sau dou ruri.

141

Fig. 6.14. Poziia balastierelor n lungul rurilor importante din bazinul hidrografic Siret

(Clinoiu et al., 1988). Hidrografele debitelor lichide i solide ntre 1950-2002.

n studiul asupra geomorfologiei esului extracarpatic al Sucevei realizat de Olariu (1983) se discut n detaliu rolul balastierelor asupra decalibrrii albiei minore. Asemenea sectoare se gsesc n aria localitilor Mneui, Satu Mare, Gura Solcii-Costna, Prhui, Icani, Plopeni-Vereti unde au funcionat i nc mai funcioneaz balastierele. Unele gropi de excavaie au cobort sub nivelul local de baz, motiv pentru care la staia hidrometric Icani albia minor s-a adncit cu

142

aproape 3 m n 20 de ani. Eroziunea n adncime a nlturat pe o bun parte a talvegului aluviunile mai fine, dezgolind bolovniurile foarte grosiere din baza aluviului, iar pe alocuri (Mihoveni, Lisaura) a ajuns sub versantul drept la subasementul sarmatic (Olariu, 1983).

Raul Siret in sectiunea Siret (1964-1998)

-150

-100

-50

0

50

100

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408

Ina

ltim

ea p

atu

lui

alb

iei

min

ore

(c

m)

Raul Siret n seciunea Drgeti (1962 - 2000)

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384 408 432 456

Timpul (luni)

Ina

ltim

ea

pa

tulu

i a

lbie

i m

ino

re (

cm

)

Fig. 6.15. Adncirea continu a patului albiei rului Siret, determinat pe baza poziiei

punctului de talveg fa de 0 grafic al mirei (Popa-Burdulea, 2007).

143

Pe valea rului Moldova ntre Timieti i confluena cu Siretul, pe o distan de 75 km, (Brndu (1984) a inventariat 18 balastiere care au extras 12 370 mii m3 ntre 1969-1981. Autorul a apreciat c efectul acestora s-a materializat ntr-o adncire a ntregului traseu cu 1,5 m n medie. Unele poriuni s-au adncit mai mult, cu 3 4 m (ntre Timieti i Moca), iar n altele s-a nregistrat chiar i agradare.

Fig. 6.16. Albia rului Moldova n zona balastierei Moca. Exploatrile de balast au determinat schimbarea cursului rului i destabilizarea pilonilor de nalt tensiune.

n prezent, ntre Timieti i Tupilai, pe o distan de circa 20 km se afl 7 balastiere, ntre acestea fiind o disput acerb privind exploatarea de agregate. Exist situaii absolut hilare ntlnite de noi n vara anului 2007 n urma unei campanii de cartografiere geomorfologic. Este vorba de o exploatare nengrdit din albia minor minor a mari cantiti de materiale care a pus n pericol zona adiacent rului. n exemplul din fig. 6.16 este artat linia de nalt tensiune. Primul pilon al stlpului a fost destabilizat de eroziunea din vechea albie a Moldovei. Al doilea pilon a fost

amplasat atunci mai departe de cursul rului. n prezent, cum albia s-a mutat pe alt

traseu, riscul destabilizrii celui de-al doilea pilon este i mai mare. Ritmul de adncire a albiei fiind unul accelerat prin exploatarea agregatelor, malurile albiilor cu

144

tot ce se afl n apropierea lor (culturi agricole, locuine, diguri, ci de comunicaii, linii de transport curent electric, prize de ap .a.) sunt expuse la un risc major de eroziune. Fotografia din fig. 6.16 este edificatoare n acest sens i reprezint un exemplu de ignoran profund a comportrii unei albii de ru n situaia cnd asupra acesteia se intervine att de brutal.

Cert este c n condiiile n care rata de transport a debitelor solide n suspensie se diminuiaz n timp, iar debitele lichide rmn n continuare mari, exist posibilitatea ca albiile minore s se adnceasc i mai mult, chiar i fr intervenia uman prin balastiere. Hidrografele din fig. 6.14 sunt concludente n ce privete tendina pe timp lung a transportului de ap i sediment n lungul rurilor. Acest fenomen de reducere a transportului de aluviuni n suspensie, mpreun cu extragerea balastului din albie reprezint cauza pentru care albia de ru a Siretului n ultimii 40 ani, la toate posturile hidrometrice (Siret, Huani, Lespezi, Drgeti i Lungoci) a nregistrat o tendin de degradare. n fig. 6.14 am exemplificat doar dou din seciunile de msurare, unde adncirea a variat de la 1,5 m la Siret pn la 3,5 m la Drgeti. Fenomenul este amplu dezbtut de Popa-Burdulea n teza ei de doctorat (2007).

Tendine asemntoare a raportat i Pacu (1999) pentru albia minor a rului Prahova ca efect al exploatrilor de balast. Cercetrile detaliate asupra unui tronson de 47 km al albiei (ntre Predeal i Bobolia) s-a nregistrat o coborre a talvegului cu 3 4 m, din care circa 2 m n roca de baz, fiind necesare mai multe lucrri de consolidare a crii ferate i a podurilor. n sectorul Poiana apului confluena cu rul Doftana, adncirea albiei a nregistrat chiar i 8 m, ajungndu-se pn la roca de baz n mai multe locuri i se semnaleaz existena depozitelor saline care pot fi atinse n zona Cmpina, cu urmri asupra apelor freatice.

6.2.7. Cu privire la procesele fluviale sub influena barajelor

Cercetarea geomorfologic trebuie s se raporteze la cunoaterea faptului c se disting trei perioade de evoluie:

- prima perioad imediat dup construirea barajului, caracterizat prin reinerea aproape complet a aluviunilor aduse de ru i eroziuni locale (afuieri) pe ntinse sectoare n aval de baraj;

- a doua perioad este dominat de aluvionarea patului albiei amonte de lac, iar aval de baraj se stabilizeaz la nivel de pavaj;

- a treia perioad corespunde colmatrii aproape totale a lacului, iar transportul solid, amonte i aval se apropie foarte mult de regimul anterior amenajrii.

Cunoscnd toate acestea, cercettorul geomorfolog i orienteaz studiile n direcia evalurii condiiilor geomorfologice (factorii de control din bazin, cu privire

145

special asupra proceselor erozionale i denudaionale, depozitele in situ i superficiale, procesele surse de aluviuni, natura aluviunilor din albii, regimul n timp

lung al transportului de aluviuni) etc i a realizrii unei imagini clare a situaiei n care poate evolua acumularea sau lacul proiectat a fi amenajat. In aceeai msur intereseaz impactul pe care amenajarea o va avea asupra dinamicii reliefului, pe de o parte, amonte i aval de lac (baraj), pe de alt parte n ariile limitrofe lacului (rmuri i versani).

n cele ce urmeaz vom insista mai mult asupra modificrii albiilor sub influena barajelor, fenomen de care ne-am ocupat mai mult n cercetrile noastre. De asemenea, vom nelege mai bine rolul pe care un geomorfolog l poate avea n realizarea unor predicii mai bune asupra modificrilor albiilor sub influena acestor intervenii antropice.

6.2.7.1. Schimbrile n regimul scurgerii lichide i solide sub influena barajelor

Principalele caracteristici ale evoluiei albiilor n aval de baraje sunt condiionate de schimbrile ce au loc n regimul scurgerii lichide i solide. Unii autori consider schimbrile provocate de apariia barajelor analoage celor determinate de schimbrile climatice. O investigare ampl realizat de noi asupra modificrii regimului scurgerii de ctre lacurile de baraj au indicat urmtoarele:

-cel mai puternic efect al barajelor este concretizat n reducerea apelor mari,

respectiv, a viiturilor, pn la 50% a volumului ce intr n lac (ex. Colorado aval de barajele Glen Canyon i Hoover, Arkansas aval de barajul John Martin, Huanhe aval de barajul Sanmenxia);

-efectul asupra scurgerii medii multianuale este mai puin pregnant, aceasta realizndu-se n proporie de 60 70% din scurgerea anterioar nchiderii barajului;

-tendina de cretere a scurgerii minime, cu deosebire n cazul rurilor din regiunile semiaride.

Lacurile de baraj, n special cele mari, funcioneaz ca un decantor pentru aluviunile ce provin din bazinul hidrografic, nct apele uzinate sunt aproape cu totul

lipsite de ncrctura solid. Exist multe exemple prezentate n literatura de specialitate. Iat cum se prezint cazul rului Siret, de-a lungul cruia s-au realizat 5 lacuri de baraj (Rogojeti, Bucecea, Galbeni, Rcciuni, Bereti) din cele nou proiectate. Ilustraia sintetic din fig. 6.17 arat tot ceea ce s-a ntmplat n transportul de aluviuni de-a lungul rului, nainte i dup realizarea lacurilor. Astfel, staiile hidrometrice Siret i Huani pot fi folosite cu succes pentru a evalua rolul lacurilor Rogojeti, dar mai ales Bucecea, n captarea aluviunilor. Dup nchiderea barajului Bucecea (1978), valorile medii ale debitului lichid i solid nregistrate la staia Siret, amonte de lacuri, au fost n cretere. nregistrrile fcute la Huani, 20 km

146

aval de lacul Bucecea au artat o reducere cu 50% a cantitii de aluviuni transportate de Siret, dei debitul lichid a nregistrat o cretere.

.

Fig. 6.17. Impactul

lacurilor de baraj asupra

transportului de aluviuni

n lungul rului Siret

(Olariu, Gheorghe,

1999).

Aceast reducere semnific capacitatea de captare a aluviunilor de ctre lacurile Rogojejti i Bucecea. ntre Huani i Lespezi, urmtoarea staie hidrometric, rul Siret primete un afluent important, Suceava, care, mpreun cu albia propriu-zis a Siretului, va contribui la refacearea ncrcturii solide a rului;

147

fenomenul este i mai accentuat la staia Drgeti, aval de confluena cu rul Moldova. ntre staiile Drgeti i Rctu se afl lacul Galbeni care exercit o reducere drastic a transportului de aluviuni n cursul mijlociu al rului Siret. Astfel, se constat c aval de lacul Galbeni se regsesc doar 12,5% din aluviunile transportate amonte de lac, ceea ce nseamn c lacul a captat peste 80% din sedimente. Tot la fel se exprim situaia i n cazul lacurilor Rcciuni i Bereti; staia hidrometric Lungoci se afl poziionat avale de confluena cu rul Trotu, ceea ce explic o oarecare refacere a cantitii de aluviuni, totui reducerea este nsemnat, cu 45% (fig. 6.17). Exemple de acest fel au fost raportate oriunde s-au realizat lucrri hidrotehnice de tipul lacurilor de baraj, indiferent de dimensiunea lor.

Un alt exemplu este oferit de rul Prut avale de barajul Stnca-Costeti. Am artat mai sus c dup punerea n funciune a barajului Stnca-Costeti, cantitatea de aluviuni s-a redus drastic n avale, situaia din tabelul 6.1 fiind edificatoare.

Tabel.6.1.Date asupra morfometriei bazinului hidrografic i a scurgerii lichide i solide ale

rului Prut

Seciunea Suprafaa bazinului,

km2

Distana de la izvor (km)

Q, m3/s R, kg/s

Cernui 6 890 193,30 73,62

Rdui - Prut

9 215 290,43 78,03 55,06

Stnca 13 099 389,06 81,57 2,28

Ungheni 21 515 572,74 86,81 22,74

Drnceni 22 883 665,68 101,76 29,85

Flciu 25 214 792,14 103,43

Oancea 28 463 865,43 85,30 20,11

6.2.7.2. Rspunsul morfologiei patului albiei de ru la amenajarea de baraje

Rspunsul morfologiei patului albiei de ru la amenajarea de baraje se caracterizeaz prin dou procese importante: adncirea sau degradarea i supranlarea sau agradarea. O trecere n revist asupra acestor procese, cu prezentarea i comentarea a numeroase exemple din literaur, a fost realizat de noi ntr-o alt lucrare (Ichim, Rdoane, 1986). De asemenea, studiul ntreprins de Bondar et al. (1980) asupra dinamicii patului albiei fluviului Dunrea pentru o perioad de 10 15 ani a evideniat o modificare sensibil a rspunsului albiei la numeroase intervenii antropice. Scoaterea de sub inundaii a Luncii Dunrii prin lucrri de ndiguire a fost de natur s ncorseteze albia minor i s concentreze scurgerea aplor mari cu viteze i cu niveluri sporite, care s-au rsfrnt direct asupra dinamici patului albiei, mai nti prin eroziuni n anumite sectoare (din amonte de Corabia) i

148

prin depuneri n alte sectoare (n aval de Oltenia). Aceast important cauz a proceselor din albia Dunrii s-a exercitat dup 1964, anul ncheierii principalelor lucrri de ndiguire pe sectorul romnesc al Dunrii, aval de Calafat. Peste influena ndiguirilor s-a suprapus, ncepnd cu anul 1971, o influen a barrii Dunrii de la Porile de Fier (baraj cu nlime de 50 m i lacul din amonte cu o lungime de 132 km); aceasta a provocat n albie depuneri n amonte, din cauza reinerii a unei pri nsemnate de aluviuni i eroziuni n aval prin splarea stratului de aluviuni. Din datele hidrometrice disponibile la acel timp nu se poate stabili precis limita degradrii albiei n aval. Cert este faptul c n zona Calafat, situat n aval la peste 150 km de baraj, s-au nregistrat depuneri importante, urmate de eroziuni, care s-au accentuat la

Corabia.

O situaie foarte bine exprimat este n cazul albiei rului Prut unde am dispus de msurtori asupra formei seciunii transversale n cele 6 posturi hidrometrice din lungul rului, pe o perioad cuprins ntre 1975 i 2006. Realiznd bilanul proceselor de eroziune-acumulare n fiecare seciune, am obinut diagrama din fig. 6.18. Dac amonte de lacul Stnca am identificat o tendin net de agradare n situaia unui pat aluvial format din pietri mrunt, imediat avale de baraj am nregistrat o degradare a albiei. Astfel, patul albiei este aproape lipsit de aluviuni

mobile, seciunea fiind format aproape exclusiv din roca in situ (roci calcaroase de tip toltri).

Fig. 6.18. Succesiunea degradare agradare n lungul rului Prut n perioada 1975-2006.

149

Splarea albiei avale de baraj a contribuit la impunerea unor unde agradare-degradare n lungul rului n condiiile unei seciuni transversale formate din sedimente fine. Pe ansamblu, tendina este de degradare a albiei Prutului, un efect firesc al condiiilor scurgerii lichide i solide de dup nchiderea barajului.

n literatura de specialitate, cercetarea n domeniul degradrii albiilor avale de baraje ocup un segment important al preocuprilor, att cele ale ingineriei albiilor, dar i a tiinelor geonomice. Cele mai importante provin din S.U.A, unde s-au realizat monitorizri de amploare asupra comportrii albiilor de ru aval de baraje. Seria de articole publicate de Serviciul Geologic al SUA privind dinamica albiilor

aval de baraje din bazinul fluviului Missouri ne-a atras atenia prin aceea c rezultatele pot fi considerate reprezentative pentru a explica transmiterea spre aval a

influenei barajelor asupra albiilor de ru. O parte din aceste rezultate sunt redate n tabelul 6.2 i privesc impactul a 24 de baraje asupra albiilor din avale. Aceste lacuri au fost construite ntre 1950 i 1960 cu scopul iniial de a controla inundaiile i pentru irigaii. Lacurile sunt mari, cu volume totale ntre 50 milioane m3 i 3,9 miliarde m

3. Albiile au fost supuse msurtorilor pe o lung perioad de timp (40 60 de ani) n una sau dou seciuni aval de baraj.

Tabel 6.2. Date asupra tendinelor de evoluie a albiilor minore dup nchiderea barajelor (Juracek, 2001)

Barajul, anul de nchidere a

barajului

Rul, ara Perioada de

msurare

Distana aval de

baraj a

staiei de msurare

(km)

Debitul mediu

anual pentru

perioada de msurare (mc/s)

Tendina de modificare post-baraj

a albiei

(-) degaradre

(+) agradare

Big Hill (1981) Afl. Neosho, SUA 1981-1999 0,30 0,85 -0,73

Cedar Bluff (1950)

Smoky Hill, SUA 1964-1999 34,40 0,57 -0,20

Cheney (1964) North Fork, SUA 1964-1999 0,50 2,83 albie n roca n loc

Clinton (1977) Wakarusa, SUA 1977-1980 5,90 8,49 -0,33

1980-1999 9,60 8,49 +0,84

Council Grove (1964)

Neosho, SUA 1938-1999 2,70 2,83 -0,21

1964-1999 59,50 8,49 -0,11

El Dorado

1981) Wainut, SUA 1981-1998 8,20 5,67 -0,08

Elk City (1966) Verdigris, SUA 1966-1999 0,20 14,16 -0,52

Fall River (1949)

Afl. Verdigris, SUA

1939-1989 0,50 8,49 -0,09

1938-1999 46,50 14,16 -0,09

Hillsdale

(1981)

Afl. Cygnes R.,

SUA 1958-1999 3,20 2,83 -0,08

John Redmond

(1964) Neosho, SUA 1961-1999 8,50 48,14

stabilitate pe verticala, lrgire a

albiei

Kanopolis

(1948) Smoky, SUA

1940-1999 1,30 8,49 -1,77

1930-1998 61,10 11,32 +0,32

150

Keith Sebelius

(1964)

Prairie Dog

Creek, SUA 1944-1999 77,90 0,85 +0,60

Kirwin (1964) Noth Fork, SUA 1945-1999 65,60 2,83 +0,14

Lovewell (1957)

White Rock, SUA 1945-1999 0,50 1,13 albie n roca n loc

Marion (1968) Cottonwood, SUA 1968-1999 0,40 2,26 -0,65

1984-1999 7,30 5,67 +0,01

Melvern (1972) Marais, SUA 1968-1999 21,70 16,99 +0,09

1962-1999 53,90 19,82 +0,14

Milford (1967) Republican, SUA 1963-1999 2,70 28,32 -2,76

Perry (1969) Delaware, SUA 1969-1999 0 19,82 albie n roca n loc

Pomona (1963) Afl. Cygnes R.,

SUA 1963-1999 0,32 5,67 -0,15

Toronto (1960) Verdigris, SUA 1939-1997 5,63 14,16 -1,02

1938-1999 70,00 22,66 -0,17

Tuttle

Creek(1962) Blue R, SUA 1954-1999 4,00 70,80 -1,13

Waconda (1967)

Solomon, SUA 1964-1999 5,80 8,49 albie n roca n loc

1990-1999 92,00 16,99 albie n roca n loc

Webster (1956) South Fork, SUA 1956-1999 0,64 1,13 -0,53

1978-1999 45,50 1,42 -0,21

Wilson (1964) Saline, SUA 1963-1999 0,80 2,55 -0,67

Pe baza acestui studiu, dar i pe baza cercetrilor proprii pe rurile mici

prevzute cu baraje de reinere a aluviunilor am realizat o reprezentare grafic schematizat care rezum urmtoarele tendine ale evoluiei albiilor aval de baraje (fig. 6.19):

- albiile aval de baraje se modific prin adncime, lime, pant, form n plan;

- procesele fluviale nregistrate a avea loc aval de baraje sunt degradarea albiei (adncirea patului albiei i eroziunea lateral), agradarea (supranlarea patului albiei prin acumulare) i schimbarea formei i tipului albiei;

- iniial, rspunsul albiei la nchiderea barajului este prin degradare imediat aval de baraj care determin apariia unui sector de degradare. Durata unui asemenea proces poate fi de 4 5 ani dup nchiderea barajului (Williams i Wolman, 1984), dar ajustarea complet a albiei la noile condiii poate dura i 100 de ani (Knighton, 1988). Valorile medii ale degradrii albiei imediat aval de baraj, excepie fcnd albiile cu pat n roca n loc, au variat ntre 0,2 3 m, dei valorile maxime pot depi 5-7 m. i pentru rurile din Romnia, exemplele pe care le avem sunt edificatoare: Jiu aval de Ialnia s-a adncit 1,2 m n 11 ani, Olt aval de Rmnicu Vlcea s-a adncit 0,5 m n 7 ani, Tazlu aval de Belci, 2 m n 14 ani, Someu Cald aval de Gilu s-a adncit 2,5 m n 4 ani;

- lungimea sectorului de degradare poate varia ntre 10 70 km pentru cazurile studiate. Tipul, rata, durata i extinderea sectorului de degradare avale de baraje sunt controlate de muli factori, cum ar fi debitul lichid, debitul solid, alctuirea

151

depozitelor de albie, prezena rocii n loc, fenomenul de pavaj hidraulic, contribuia afluenilor cu ap i sediment, vegetaia i eventualele intervenii antropice.

- aval de sectorul de degradare apare un sector de agradare, unde albia tinde s se supranale prin acumulare de aluviuni. Sursa acestor aluviuni este att din aria de degradare, ct i din contribuia afluenilor. De regul, lungimea sectorului de agradare este mai redus dect a celei de degradare. Exemplul rului Prut este sugestiv n acest sens.

Fig. 6.19 Schem ce rezum principalele tendine ale modificrii albiei n aval de baraje.

Fig. 6.20. Conul aluvial al rului Tarcu a ptruns lateral n albia subadaptat a rului Bistria, reducnd scurgerea la un canal de circa 3 - 4 m lime (aprilie 2007, foto N. Rdoane).

152

- la unele ruri rspunsul albiei la nchiderea barajului a fost prin agradare,

dei ponderea lor este redus. n aceast categorie intr i rul Bistria, aval de barajul Izvoru Muntelui, unde agradarea a nregistrat 0,33 m (M.Rdoane, 2004). Agradarea se datoreaz intrrii de aluviuni prin intermediul rurilor afluente ntre barajul Izvoru Muntelui i confluena cu lacul Pngrai (cca. 14 km lungime). De exemplu, n imaginea din fig. 6.20 este surprins modul cum conul aluvial al rului Tarcu a avansat n albia subadaptat a rului Bistria, pn aproape de gtuire.

6.3. Studiu de caz: Efectul interveniilor antropice asupra dinamicii albiei rului Brlad

Alegerea rului Brlad ca studiu de caz pentru problematica de geomorfologie

aplicat la domeniul rurilor este motivat prin faptul c rul a fost supus la numeroase intervenii antropice imediat dup viiturile catastrofale din 1970. Dup aceast dat echipa noastr de cercetare a nceput o serie de investigaii detaliate asupra rspunsului albiei rului, pe care le-am continuat ani la rnd, chiar i n prezent, astfel c s-a conturat unul dintre cele mai consistente pachete de msurtori, observaii, metode de prelucrare, maniere de interpretare a rezultatelor. Mai mult, activitatea geomorfologic intens pe rurile din Romnia n anii excepionali hidrologic (1991, 2005, 2006) a fost un alt motiv ce ne-a determinat s explorm n continuare modul cum un ru adncit n depozite aluviale coezive a rspuns de-a lungul timpului la diferite tipuri de factori de control, naturali sau antropici.

6.3.1. Fondul de date i metoda de lucru

Rul Brlad are 247 km lungime i un bazin hidrografic cu o suprafa de 7395 km

2. Roca de baz pe care se suprapune bazinul este format din orizonturile litoralo-neritice ale Sarmaianului mediu i superior, respectiv Basarabian i Kersonian, care ocup jumtatea nordic a bazinului i se caracterizeaz prin dominarea nisipurilor, argilelor i marnelor argiloase, orizonturi de calcare oolitice. n partea mijlocie a bazinului are loc o trecere de la Kersonian la Meoian, fr o difereniere litologic distinct. Predomin n continuare nisipurile, argilele i cineritele andezitice. Partea sudic a bazinului este ocupat de depozitele n general nisipoase ale Ponian-Dacianului i Romanianului peste care se suprapun nisipuri, pietriuri i depozitele loessoide de vrst cuaternar. De concluzionat pentru caracterizarea faciesului depozitelor de albie este c alctuirea litologic a bazinului surs de aluviuni nu impune mari diferenieri, rocile dominante fiind nisipurile i argilele.

Din punct de vedere hidrologic, rul Brlad este prezentat ca avnd caracter

torenial (Ujvari, 1972), peste 70% din debitele anuale realizndu-se n anotimpurile

153

de primvar i var. Debitul mediu anual al rului este de 9,01 m3 /s la staia hidrometric Tecuci, 3,37 m3 /s la staia Brlad i de 2,37 m3 /s la staia hidrometric Vaslui. Odat la 3 5 ani rul i iese din matc, inundnd ntreaga albie major, fenomen care a fost diminuat odat cu lucrrile de ndiguire i de canalizare din anii 70 - 80.

Fondul de date privind analiza depozitelor de albie a rezultat n ntregime din

observaiile i msurtorile noastre. Cele 30 de seciuni de albie din care s-au eantionat depozitele i s-au facut msurtori morfometrice au fost situate n lungul rului la o distan de 5 8 km una de alta. Fiecare seciune a fost msurat cu ajutorul aparaturii topometrice, iar informaiile rezultate a fost prelucrat conform fig. 6.21.

Fig. 6.21. Model pentru determinarea variabilelor morfometrice ale seciunii transversale: o seciune transversal aproape simetric (IA = 0,04), la Vaslui, n cursul superior; o seciune

transversal puternic asimetric (IA = -0,85) n cursul inferior al rului.

Variabilele morfometrice determinate sunt urmtoarele: distana de la obrie n lungul rului Brlad, L, km; suprafaa bazinului hidrografic amonte de seciunea de msurare, Sb, kmp; limea albiei, B, m; adncimea maxim, Hmax, m; adncimea medie, Hmed, m; raza hidraulic, Rh, m; suprafaa seciunii transversale, SS, mp; panta albiei, I, m/km; suprafata seciunii mal drept, AD, mp; suprafaa seciunii mal stng, AS, mp. Pentru msurarea gradului de asimetrie (IA) a seciunii transversale am folosit formula lui Knighton (1982) i anume :

IA = (AD AS)/SS i care este exemplificat n fig. 6.21.

Din fiecare seciune transversal s-au recoltat probe medii, distinct, din patul albiei, din malul drept i din malul stng. ntruct pe toat lungimea rului depozitele de albie au fost fine, cantitatea de material recoltat din fiecare segment al seciunii

154

transversale a cntrit 1 kg. n laborator probele au fost supuse procedeelor standard de sfertuire, uscare, cntrire, sitare i obinere a curbelor granulometrice. n continuare au fost extrase diametrele caracteristice, d5, d10, d16, d25, d50,d60, d75,

d84, d90, d95 pe baza crora s-au calculat indicii statistici (Rdoane et al., 1995), diametrul mediu, d, asimetria (Sk) i kurtozisul (k) distribuiilor granulometrice, procentul de nisip (N), praf (P), argil (A) i parametrul M, dup formula

max2

max2

HB

HSBBSCM

unde SC este procentul de silt - argil din depozitele de fund ale seciunii albiei; SB reprezint procentul de silt - argil din depozitele din malurile albiei; Hmax este adncimea maxim a albiei (m) iar B, limea albiei (m). Formula M a fost propus de Schumm (1960) ca medie ponderat a procentului de silt - argil pentru depozitele ce compun perimetrul albiilor minore i reprezint procentul de material aluvial din maluri mai mic de 0,074 mm. Multitudinea variabilelor morfometrice i sedimentologice obinute au fost prelucrate dup metode statistice pentru a putea extrage cele mai pertinente corelaii, interdependene i tendine n lungul rului.

6.3.2. Forma seciunii transversale i tendinele de modificare sub influena interveniilor antropice

Albia rului Brlad este adncit n depozite relativ fine i reflect tipul de

debit solid transportat de ru, respectiv, aluviuni n suspensie. Cercetrile hidraulice i geomorfologice au artat c seciunea transversal a albiei minore are o form stabil care poate fi identificat cu ajutorul unui aa-numit coeficient de form, calculat ca relaie ntre suprafaa seciunii albiei i suprafaa unei forme geometrice (parabol, dreptunghi, trapez) n care se nscrie seciunea respectiv (cf. Lane, 1937). Pentru albia rului Brlad, forma seciunii transversale, aa cum a rezultat din msurtorile proprii, este n general trapezoidal, o caracteristic a albiilor adncite n materiale argilo-prfoase coezive. Pe numeroase sectoare, mai ales n partea mijlocie-inferioar a rului, seciunea transversal este modificat antropic n timpul amenajrilor i rectificrilor din anii 1975-1980. Coeficientul de form a seciunilor n lungul rului Brlad, calculat ca relaie ntre suprafaa seciunii albiei i suprafaa unui trapez nscris seciunii, a nregistrat valori ntre 0,56 i 0,98, de unde concluzia c forma geometric menionat este o trstur comun pentru albia rului Brlad.

Am fost preocupai s urmrim dac forma seciunii transversale n condiiile de mai sus este stabil n timp i care anume poriune din perimetru este cea mai afectat. Pentru aceasta am folosit nregistrrile la postul hidrometric Brlad timp de zece ani, analiznd 600 de poziii ale seciunii. Coeficientul de form mediu pentru aceast seciune a fost de 0,81, variind ntre 0,76 i 0,98. Deformarea seciunii s-a

155

datorat unui accentuat proces de agradare, care a determinat supranlarea patului. Datorit coezivitii malurilor, seciunea transvesal nu a avut de suferit prea

mult n ce privete limea ei, modificrile cele mai spectaculoase au avut loc la nivelul patului albiei. Astfel, n 1969 adncimea maxim a albiei n seciunea postului hidrometric era de 1,8 m, n 1971 s-a redus la 1,5 m, n 1975 la 0,8 m iar n

1979 a ajuns la 0,5 m, punnd n pericol stabilitatea seciunii pentru msurtorile hidrometrice curente. La originea procesului a stat o schimbare brusc n rata debitului solid (datorit modificrilor n tipurile de utilizare a terenurilor din bazin) n relaie cu debitul lichid. Debitul de aluviuni n suspensie mediu a nregistrat anual o cretere de la 9,6 kg/s n 1969 la peste 120 kg/s n 1972-1975, timp n care rata scurgerii lichide a sczut n permanen datorit folosirii apelor n irigaii. Perioada de precipitaii abundente din 1969-1970 a declanat eliberarea unei mari cantiti de aluviuni din bazinul versant. n aceast situaie, o mare parte din aluviunile care au intrat n seciune a fost stocat, ntruct scurgerea lichid nu a avut competen pentru a o prelua integral. Dup 1980 monitorizarea albiei rului Brlad n aceast seciune a ncetat din cauza tierii unei noi albii, rectificate.

ncepnd cu anul 1974 monitorizarea albiei s-a fcut la postul hidrometric Vaslui II, pe noua albie creat. Lucrrile de rectificare a albiei au avansat din amonte spre avale, canalul Brlad (Rediu-Paiu) fiind finalizat in 1978. In aceast noua albie creat, nregistrrile privind oscilaia patului albiei arat o variaie destul de accentuat pe un trend negativ (mai ales dup 1991). Din pcate, pentru perioada 1974 1984 nu avem date privind modificarea patului albiei, dar observaiile i msurtorile noastre asupra unui sector de canal la 4 ani de la sparea acestuia (a se vedea 6.24) au artat un pat de albie aproape lipsit de strat mobil de aluviuni. Dup 1985, patul de albie are deja un strat mobil de aluviuni datorit unui uor proces de agradare.

Analiznd poziia nlimii patului albiei ca serie de timp am putut separa dou faze distincte (fig. 6.22B): pn n 1991 s-a evideniat o cvasistabilitate sau mai degrab o agradare a albiei in jurul a 20 30 cm; dup 1991, patul albiei s-a adncit continuu cu peste 1 m. Care fenomen anume a declanat aceasta comportare a albiei? Rspunsul trebuie sa l cutm n suma de factori care au concurat la realizarea acestui prag. Factorii cei mai importani i cu mare senzitivitate la nregistrarea efectelor din bazin sunt debitul lichid i debitul solid n suspensie ce au tranzitat seciunea de albie n perioada monitorizata (fig. 6.22A). Astfel, observm c n perioada studiat, debitul lichid a avut o variaie constant n jurul a 2 3 mc/s, pe un trend uor negativ. n schimb, n ce privete cantitatea de aluviuni ce a traversat seciunea Vaslui II variabilitatea a fost mult mai accentuat. A crescut pn n 1991 la valori medii anuale de 33 kg/s, dup care aluviunile n suspensie s-au micorat la 0,5 kg/s media anual n 2003. Putem conchide astfel, ca mrimea debitului de aluviuni ce a tranzitat seciunea Vaslui II a avut rspuns direct n comportarea patului

156

albiei: reducerea drastic n transportul de aluviuni dup 1991 s-a repercutat direct n instalarea tendinei de adncire a albiei.

0.1

1

10

1001985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Debit solid, Q s, kg/s

Debit lichid, Q , mc/s

A.

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

3.2

3.4

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216

Timpul in luni calendaristice, T

Ina

ltim

ea

pa

tulu

i a

lbie

i, B

e,

cm

198520041986

1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Seria initiala a inaltimii patului

albiei

Medii glisante

B.

Fig. 6.22. A. Variaia debitului lichid i solid la p.h. Vaslui ntre 1985-2004. B. nlimea patului albiei rului Barlad la p.h. Vaslui ntre 1985-2004.

Diminuarea transportului de aluviuni a fost n relaie direct cu intervenia antropic n bazinul versant i mai ales n lungul rului Brlad. Anul 1991 a avut o activitate hidrologic excepional, dar a fost i perioada cnd lucrrile de rectificare i ndiguire erau terminate i ncep s devin eficiente n controlul tranzitului de aluviuni spre albie. Din pcate, nregistrrile hidrologice ale anului 2005, an cu totul excepional pentru Romnia, nu au fost prelucrate la aceast dat ca s putem evalua

157

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Lungimea raului, L, km

Indic

ele

de a

sim

etr

ie a

alb

iei,

AS

Asimetrie de stanga

Asimetrie de dreapta

concret modul cum interveniile antropice au influenat traversarea unora dintre cele mai mari debite lichide nregistrate n ultimii 100 de ani. Cert este c n lungul rului Brlad nu au fost nregistrate pagube, distrugeri, dezastre ca n cazul altor ruri,

precum Trotu sau Siret. O caracteristic obinuit a albiilor rurilor naturale este tendina de a prezenta

o seciune transversal cu grade diferite de asimetrie i aceasta nu neaprat pentru sectoarele de albii meandrate. ntre asimetria seciunii transversale i configuraia n plan a albiilor de ru exist o strns legtur. Cu ajutorul analizei spectrale s-a demonstrat c asimetria seciunii transversale are o comportare oscilatorie n lungul albiilor naturale nesupuse constrngerilor de natur litologic (Richards, 1982). Am verificat aceasta tendin la albia rectificat a rului Brlad pentru cele 30 de seciuni transversale monitorizate de noi. Msurtorile realizate dup metoda Knighton (1982) au condus la reprezentarea grafic din fig. 6.23, care arat acest caracter oscilator al configuraiei albiei, din ce n ce mai accentuat cu ct lungimea rului crete. Dezvoltarea asimetriei seciunilor transversale este n legtur cu circulaia secundar a curgerii, a crei accelerare i decelerare local poate produce schimbri n forma albiei (Yalin, 1971; Richards, 1976). Rspunsul albiei modificate a rului Barlad s-a produs aproape imediat la aciunea acestui proces (la 1 4 ani de la rectificare).

Fig. 6.23. Variaia indicelui de asimetrie a seciunii transversale n lungul rului Brlad

Tendinele constatate n asimetria seciunii transversale sunt n relaie direct cu morfologia patului albiei. Observaia am verificat-o asupra canalului spat n albia major (alctuit din nisipuri fine i prafuri) a Brladului pe o lungime de 12 km i

158

care a devenit noua albie a rului dupa 1974 (fig. 6.24), iniial cu o lime de 6 m i o adncime medie de 1.5 m. Albia nou creat a ocolit un sector puternic meandrat (coeficient de sinuozitate de peste 3) i mltinos al rului ntre localitile Rediu i Crasna.

Fig. 6.24. Morfologia de vaduri i adncuri instalate dup 4 ani de la tierea canalului Barlad.

Msurtorile batimetrice ale canalului dup 4 ani de la darea n folosin au identificat o alternan foarte riguroas de adncuri i vaduri: segmentele corespunztoare vadurilor sunt mai largi (pn la 14 -16 m) i simetrice, iar cele n care se afl adncurile sunt mai nguste (10 11 m) i asimetrice. Fa de vaduri, adncurile coboar cu 60 100 cm ; ele se remarc printr-un profil longitudinal asimetric, cu o lungime mai mic i nclinare mai mare (2,2%) a flancului amonte i o lungime mai mare i o nclinare mai mic (1.6 %) a flancului aval de punctul de maxim adncime. Dupa cum se poate observa, distanta dintre vaduri i adancuri este de aproximativ 40 50 m, adica de 5 7 ori limea albiei (Leopold et al., 1964). Aceast morfologie s-a format n roca n situ a albiei majore, fr s existe, la acea dat, material aluvial mobil. Fenomenul nu poate fi caracterizat dect prin termenul de meandrare vertical aa cum a fost definit de Keller i Melhorn (1978) i care, n concepia autorilor citai, precede meandrarea orizontal a albiei. Pe aceast baz putem deduce c albia canalizat a Brladului are toate ansele s se transforme n albie meandrat, apropiat de condiiile de evoluie a albiei naturale a rului.

ncurajai de aceste prime observaii asupra comportrii unei albii la foarte puin timp de la amenajarea ei, am extins msurtorile asupra unei poriuni de canal i mai lung, de aproape 10 km. De aceast dat am fost interesai s aflm dac chiar din prima etap de evoluie a canalului au existat tendine evidente privind instalarea

159

fenomenului de meandrare orizontal. Pentru aceasta am monitorizat malurile canalului, folosind metoda seciunilor transversale, distanate la aproximativ 100 m una de alta. n fiecare seciune am msurat nlimea malurilor, limea retragerii, compoziia litologic a depozitelor din mal i, n final, am calculat volumul de material erodat. Am constatat astfel ca la 4 ani de la punerea n funciune a canalului nu numai patul albiei a rspuns imediat la aciunea scurgerii n seciune, dar i malurile au nregistrat intense fenomene de retragere. Volumul de material erodat a

variat de la valori foarte aproape de 0 pn la valori de peste 4 m3m-1.

Fig. 6.25. Variaia depozitelor

erodate n lungul canalului Brlad

arat iniierea meandrrii albiei.

Datele astfel obtinute au

fost reprezentate grafic funcie de lungimea canalului (fig. 6.25), iar

rezultatul confirm ipoteza c nu numai patul albiei a manifestat o

puternic meandrare vertical , ci a nceput s fie evident i o meandrare orizontal. Procesul de eroziune lateral cuantificat prin volumul depozitelor erodate arat o alternan n lungul canalului, ceea ce sugereaz iniierea meandrrii.

Investigarea morfologiei

canalului n anul 2005 a artat o ncetinire a proceselor fluviale de

modelare a seciunii transversale i o tendin de stabilizare a malurilor (fig. 6.26). Imaginile

luate n 1978 arat o albie n plin transformare, lungimea

stadiei indic diferena ntre adncimea vadului i adncimea adncului. De asemenea, malurile canalului arat intense procese de eroziune lateral. Dup 30 ani, imaginile luate aproximativ n acelai sector al canalului, arat c n patul albiei au aprut aluviuni mobile care tind s formeze ostroave mediale, c malurile sunt relativ

160

fixate, dar albia n ansamblu manifest un traseu sinuos bine conturat.

Fig. 6.26. Canalul Brlad n 1978. Secven de vad-adnc la 4 ani dup tierea canalului (A, B). Calaul Brlad n 2005. Canalul s-a transformat ntr-o albie dreapt (C,D).

Fig. 6.27. Albia dreapt cu secvena vad-adnc (A) a devenit albie sinuoas dup circa 30 ani (B).

161

ntr-o alt serie de imagini transformarea albiei este i mai spectaculoas (fig. 6.27). n 1978 canalul prezenta o succesiune clar de vad-adnc n lungul unei albii rectilinii. n anul 2005, aceeai albie prezint de aceast data un talveg sinuos, spre meandrat.

Fenomenul discutat de noi nu este dect o ilustrare a manierei de rspuns a sistemului geomorfologic la schimbarea factorilor de control i care a fost ilustrat sugestiv de Graf (1977) prin definirea timpului de reacie, a timpului de relaxare i a timpului staionar. Canalul Brlad a reacionat puternic n primii ani de la spare, ajustndu-i morfologia ntr-un ritm accelerat. Odat cu parcurgerea timpului de relaxare, procesele i formele de albie s-au ajustat astfel nct s-a ajuns la o anumit staionaritate a tipului de albie. Este posibil ca acest tip de albie s fie supus n continuare altor constrngeri, cum ar fi diminuarea transportului de aluviuni i tendina de adncire a patului de albie (dac se continu tendinele observate n fig. 6.23 A i B). Rspunsul la aceti factori poate s reprezinte o nou manifestare de prag geomorfologic i poate declana o nou ajustare a noii albii.

6.3.3. Rolul depozitelor de albie n controlul morfologiei albiei

Albia minor a rului Brlad a nregistrat caracteristici diferite sub aspect granulometric ntre patul albiei i cele dou maluri. Parametrul granulometric pe care l-am analizat mai nti a fost diametrul median, D50, care reflect o valoare medie a probei n punctul de prelevare (fig. 6.28). Sub acest aspect se constat c n perimetrul albiei rului Brlad domin nisipurile, dimensiunea acestora nregistrnd o uoar cretere. Dac pn la km 70 de la obrie diferenierea granulometric ntre patul i malurile albiei aproape c nu se realizeaz, aval de acest punct n patul albiei se selecteaz diametrele cele mai mari din aluviunile transportate. Putem aprecia c incepnd din acest sector scurgerea lichid a rului are competent pentru a transporta debit trt, pentru a forma microforme specifice patului albiei i pentru a sorta materialul constituent. Tendina generalizat a variaiei diametrului median n patul albiei este de tip logaritmic (cea mai bun ajustare), la fel ca i pentru profilul longitudinal, deosebirea fiind c de aceast dat se realizeaz o cretere a dimensiunii particulelor n lungul rului i nu o diminuare ca n cazul albiilor cu pietri. i panta albiei diminuiaz n lungul rului conform unei relaii logaritmice. Acest fenomen este n relaie cu eficiena sortrii materialului nisipos n timpul transportului, particulele mai fine sunt ndeprtate, iar cele mai grosiere sunt abandonate n patul albiei.

Mediul hidrodinamic este clar evideniat i de coeficientul de sortare Trask (So) a materialului de albie care indic urmtoarea tendin: cu ct valoarea coeficientului este mai apropiat de 1,0, cu att dimensiunea particulelor este mai uniform i cu

162

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Lungimea raului, L , km

D5

0, m

m

Patul albiei

Mal stang

Mal drept

F = -0.6677 M + 50.231

r = 0.673

10

100

0 5 10 15 20 25 30 35

Parametrul M

La

tim

ea

/ad

an

cim

e a

lbie

i, F

att mediul hidrodinamic este mai activ. Malurile albiei rului Brlad reflect tipul depozitelor din albia major, fiind n general fine, fr o tendin evident de sortare n profil longitudinal(fig. 6.28).

Fig. 6.28. Variaia diametrului median al depozitelor din albia r. Brlad.

Fig. 6.29. Relaia ntre raportul lime/adncime a albiei (F) i media ponderat a procentului de praf-argil din malurile albiei (M).

Forma seciunii transversale a rului Brlad variaz funcie de M conform relaiei ilustrat n fig. 6.29. Albiile ale cror maluri sunt alctuite predominant din

163

materiale fine vor tinde spre o form a seciunii transversale ngust i adnc. Dimpotriv, un depozit predominant grosier n maluri reflect o albie cu seciune larg i puin adnc.

Fig. 6.30. Evoluia albiei

rului Brlad ca un ru subadaptat.

Dar nu numai forma

seciunii transversale este controlat de dimensiunea materialului de albie, ci i forma n plan a albiilor minore. ntr-o

alt lucrare (Ichim et al., 1979) ne-am ocupat n detaliu de

problema morfologiei

meandrelor, unele dintre cele

mai complexe pentru un ru din

ara noastr prin implicaiile asupra paleoevoluiei. Astfel, albia natural a Brladului are coeficieni de sinuozitate de pn la valoarea 3, cu lungimi de unda de 150 200 m i amplitudini de 80-150 m, ceea

ce se reflect n dezvoltarea unor meandre uniforme tip gt de gsc, care a favorizat procesul de autocaptare.

Depozitele din perimetrul

seciunii transversale controleaz forma acesteia i sunt n relaie direct cu tipul de debit solid pe care rul l tranziteaz (Schumm, 1977). Astfel, rurile care transport predominant debit n suspensie au malurile alctuite, n cea mai mare parte, din material fin (praf i argil); rurile care transport predominant debit trt au malurile alctuite din depozite nisipoase. Schumm (1960) a propus o relaie din care s rezulte modificarea seciunii transversale, F (ca raport ntre lime i adncime) funcie de coninutul de praf-argil (M) din perimetrul seciunii respective.

Aceste meandre se suprapun pe bucle de meandre mult mai largi (cu lungimi de

164

unda de peste 2000 m i amplitudini de peste 1000 m), ceea ce ne-a indreptit s vorbim despre mai multe generaii de paleomeandre (fig. 6.30). Lungimea de und, amplitudinea i raza curburii meandrelor la nivelul anului 1970 au fost n relaie direct cu debitul lichid al rului Brlad, dimensiunile acestora fiind redate n tabelul 6.3. n mod asemntor se justific i dimensiunea paleomeandrelor, iar expresia grafic ce arat amplitudinea generaiilor de meandre funcie de limea albiei majore este edificatoare n acest sens.

Meandrele actuale ale rului Brlad (albia natural dinainte de 1985) se suprapun pe un traseu larg sinuos care indic o faz anterioar de meandrare a rului, n condiiile unei scurgeri lichide, probabil, cu mult mai mare dect cele actuale. Aceasta ne-a determinat s vorbim de mai multe generaii de meandre, meandre actuale i paleomeandre, fenomen deloc singular pentru regiunea climatic n care ne aflm. n multe regiuni de pe glob exist vi pe suprafaa crora se pstreaz ncrustate urmele a mai multor generaii de albii minore. Dimensiunea lor contrasteaz puternic cu debitele rurilor actuale, mult prea mici pentru a explica

formarea lor (Dury, 1964). Rurile care au fost supuse reducerii dimensiunii att la

nivelul morfometriei seciunii transversale ct i la nivelul geometriei meandrelor sunt ruri subadaptate (underfit streams). Rul Brlad, prin generaiile de meandre identificate i msurate de noi pe suprafaa albiei majore, reprezint un exemplu sugestiv de ru subadaptat, dar care i-a pstrat traseul i caracteristicile rului din perioada cnd debitul era mult mai mare dect n prezent. Paleoalbii din care au

derivat ruri subadaptate, au fost nregistrate n toate regiunile globului (America de

Nord, Anglia, Europa de Vest, Ucraina, Australia), dar cu deosebire n zona

temperat, unde fenomenul a cunoscut cea mai mare extindere.

Tabel 6.3. Morfometria meandrelor actuale i a paleomeandrelor rului Brlad (cteva

exemple)

Nr.

meandru

Meandre actuale (la nivelul anului 1970) Paleomeandre

Lungimea

de und

(, m)

Amplitudinea

mendrelor

(a, m)

Raza

medie a

curburii

(Rm)

Indice de

sinuozitate

(k)

Lungimea

de und

(, m)

Amplitudinea

meandrelor

(a, m)

Raza

medie a

curburii

(Rm)

Indice de

sinuozitate

(k)

1 280 145 47 1,4 3150 825 480 1,2

2 165 175 45 2,5 2850 1200 675 1,4

3 100 70 30 1,5 1950 1100 250 1,6

4 200 135 37 1,8 2610 985 512 1.3

5 165 80 60 1,4

6 215 - 47 1,2

7 150 90 21 1,8

n prezent, toate generaiile de meandre sunt colmatate, forma lor pastrndu-se ici i colo pe suprafaa albiei majore. Albia actual a rului Brlad este un canal cu maluri pereate, mrginit de diguri pe toat lungimea rului (fig. 6.31) i care a

165

rspuns favorabil viiturilor din vara anului 2005. Evoluia acestui canal a nceput prin dezvoltarea aa-numitei meandrri verticale (formarea succesiunii de riffle-pool n patul albiei) i apoi iniierea dezvoltrii meandrrii orizontale. Fenomenul este bine evideniat n zona canalului Paiu, cea mai veche poriune a rectificrii albiei rului Brlad n partea sa mijlocie. Imaginea din fig. 6.31 este nc una care edific i mai mult cele prezentate.

Fig. 6.31. Dezvoltarea meandrelor n lungul canalului Brlad (Paiu-Rediu)

n concluzie, albia puternic rectificat i ndiguit a rului Brlad de dup perioada 1974 1985 are toate indiciile c tinde spre forma iniial, meandrat a traseului ei. Chiar dac albiile artificiale sau rectificate au mai puine grade de libertate (Richards, 1982), memoria geomorfologic a lor acioneaz cu o for puternic, mai ales dac seciunea transversal a noii albii nu este protejat prin taluzuri de beton sau alte materiale rezistente. Trofimov i Phillips(1992), cei care definesc memoria geomorfologica a sistemului, au artat o situaie contrar, c geosistemele, odat ce depsesc pragurile, n general uit strile anterioare i din aceasta cauz este aproape imposibil s predictezi comportarea lor ulterioar. Or, n cazul de fat, sistemul fluvial considerat rememoreaz o mare parte din starea anterioar. Credem ca situaia se justific i prin faptul c pragul creat de interveniile antropice a permis o perioad relativ de relaxare a sistemului.

166

6.4. Studiu de caz : Granulometria depozitelor de albie ale rului

Prut

6.4.1. Zona de studiu

Pentru prezetarea metodelor de eantionare a materialului de albie i de interpretare a rezultatelor am ales rul Prut, dei toate marile ruri din bazinul Siret au fost investigate n aceast manier (Ichim et al., 1998; Rdoane et al., 2005).

Prutul constituie cel de al doilea ru important din partea de est a Romniei.

Este un ru alohton a crui obrie se afl n Carpaii Pduroi pe teritoriul Ucrainei, de pe pe versantul nord-estic al Cernahorei i versanilor nordici ai Munilor Maramureului. Pn la localitatea Orofteana de Sus are o lungime de 235,7 km, pant medie de 6,4 m/km i un bazin hidrografic de 8241 km2. ntre Orofteana i confluena cu Dunrea, pe aceast lungime de 946 km, Prutul se constituie ru de frontier ntre Romnia, pe de o parte, Ucraina i R. Moldova, pe de alt parte. n acest sector, pantele rului scad la 0,23 m/km i este caracteristic puternica meandrare, unde coeficientul acesteia atinge 1,7. Suprafaa total a bazinului rului Prut este de 28463 km

2, din care pe teritoriul Romniei msoar 10 999 km2.

Bazinul hidrografic al Prutului se suprapune unei zone cu o ndelungat evoluie geologic. Sursa materialului de albie se afl n alctuirea geologic a ntregului bazin care este dominat de rocile friabile ale Platformei Moldoveneti n proporie de 86,22 %. Materialul grosier din albia rului Prut, identificat de msurtorile noastre pn la confluena lacului Stnca-Costeti, are sursa n domeniul cristalin (care acoper cca 300 km2 n extremitatea nord-vestic a bazinului, ceea ce reprezint 1,05% din ntreaga suprafa a acestuia) i n domeniul fliului (care acoper aproximativ 3620 km2, adic 12,72% din suprafaa bazinului).

n 1978, n dreptul localitilor Stnca-Costeti, amonte de confluena Baeului cu Prutul, a fost dat n exploatare barajul cu acelai nume, nalt de 43 m i o lungime a coronamentului de 300 m. Barajul de greutate, cu nucleu intern de argil a permis acumularea unui volum de 1290 milioane m

3 ap a crei suprafa este de 7700 ha.

Folosina lacului este multipl, pentru atenuarea viiturilor, alimentarea cu ap, irigaii, producerea de energie electric, pescuit. Cercetri asupra surselor de aluviuni din bazinul romnesc al lacului au fost realizate de N. Rdoane (1996) i care au fost utilizate i n acest studiu. Marea majoritate a resurselor de ap ale Prutului se formeaz n regiunile carpatic i subcarpatic de pe teritoriul Ucrainei. Debitele medii multianuale sunt determinate, pe perioade diferite, la 6 posturi hidrometrice,

din care unul este pe teritoriul Ucrainei (tabel 6.4).

167

Tabel. 6.4. Date asupra morfometriei bazinului hidrografic i a scurgerii lichide ale rului Prut

Rul Seciunea Suprafaa

bazinului, km2

Distana de la izvor (km)*

Q, m3/s

Prut Cernui 6 890 193,30 73.62

Prut Rdui - Prut 9 215 290.43 78.03

Prut Stnca 13 099 389.06 81.57

Prut Ungheni 21 515 572.74 86.81

Prut Drnceni 22 883 665.68 101.76

Prut Flciu 25 214 792.14 103.43

Prut Oancea 26 997 865.43 85.30

*Distanele n lungul rului Prut au fost msurate pe imagini Landsat7 ETM+ (sursa: NASA WMS Global Mosaic) i modele digitale ale terenului SRTM3 (sursa: NASA J.P.L.),

corespunzatoare bazinului Prut

6.4.2. Metodele de lucru

Fondul de date privind analiza depozitelor de albie a rezultat din colectarea de

probe de aluviuni n 16 de seciuni de albie, situate n lungul rului la o distan de aproximativ 20-25 km una de alta, aa cum se indic n fig. 6.36 de mai jos. Punctele de prelevare a materialului de albie au fost plasate pe renii i ct mai aproape de nivelul apei rului. Ca exemplificare prezentm imaginea din fig. 6.32 n care este vizibil o renie bine dezvoltat de rul Prut pe malul convex. Seciunea este plasat n dreptul localitii Orofteana de Sus, la intrarea Prutului pe teritoriul romnesc. Malul convex al rului este format n terasa de 3-4 m, complet inundat la ape mari. Renia respectiv este format predominant din pietriuri i are o lungime de 160 m. Malul stng este concav, cu eroziune lateral puternic care a ndeprtat epiurile de protecie.

Fig. 6.32. Rul

Prut la Orofteana

(intrarea pe teritoriul

romnesc) n iulie

2006.Eantionarea materialului de albie a

avut loc de pe o renie i ct mai aproape de

nivelul apei rului.

168

Ca metod de eantionare s-a folosit metoda volumetric, greutatea total a probei prelevate fiind n funcie de greutatea celui mai mare galet gsit n seciunea analizat, respectiv, cel mai mare galet reprezentnd 5 % din greutatea total a probei (Church et al.,1987). Exemplificarea acestei metode este dat n fig. 6.33, din care rezult modul cum a fost separat pavajul (stratul grosier de pe suprafaa reniei) de subpavaj (stratul mai fin ce formeaz cea mai mare parte a materialului de albie).

Suprafaa de recoltare a probelor a fost de 1 m2. ntruct n situaia de fa particulele din stratul de pavaj nu a depit 40 mm n diametru, greutatea probei de pavaj a fost de circa 5 kg, iar a celei de subpavaj a fost de circa 3 kg. Pn la Lacul Stnca Costeti am recoltat probe n aceast manier, deoarece n materialul de albie am ntalnit pietriuri. Avale de lac, materialul de albie a fost exclusiv nisipos (fig. 6.34) i cantitatea de material recoltat a fost mai mic, n jur de 1 kg. Campania de eantionare a avut loc la sfritul lunii iulie cnd debitele rului erau n scdere, astfel c am putut avea acces la formai