29

1.7. Ciclul i componentele scurgerii

Ciclul scurgerii la scara unui bazin de recepie este repartiia dinamic continu a precipitaiilor ntre diferitele componente ale scurgerii, din momentul cderii lor la suprafaa terenului pn cnd apa respectiv a ajuns n reeaua hidrografic sau n atmosfer, ca o consecin a evaporrii, transpiraiei sau infiltraiei. Proporiile n care se face distribuia precipitaiilor ntre componentele scurgerii depind de:

durata, intensitatea i cantitatea precipitaiilor; particularitile morfologice ale bazinului hidrografic; acoperirea vegetal a bazinului hidrografic; litologia formaiunilor acoperitoare; temperatura aerului, nebulozitatea atmosferei, viteza vntului etc.

Cu excepia precipitaiilor interceptate direct de oglinda apelor de suprafa (ruri, lacuri, mri, oceane), apele provenind din precipitaii ajung n reeaua hidrografic pe trei ci distincte:

scurgere de suprafa; scurgere hipodermic; scurgere subteran.

Scurgerea de suprafa se datoreaz deplasrii gravitaionale, pe suprafaa topografic, a acelei pri din apele meteorice care n-a fost supus infiltrrii, evapotranspiraiei sau reteniei superficiale a bazinului hidrografic. Factorii care determin cantitativ scurgerea de suprafa sunt caracteristicile precipitaiilor, ale solului i ale formaiunilor geologice care afloreaz.

Solul intervine prin morfologie, natur litologic, nveli vegetal i grad de umiditate. O precipitaie scurt i cu intensitate moderat pe un teren foarte permeabil i cu un grad de umiditate foarte redus va da natere unei scurgeri de suprafa nesemnificative, n timp ce n condiiile unui teren impermeabil sau saturat de averse anterioare, aceeai precipitaie va genera o scurgere de suprafa cu un debit relativ important. n cadrul scurgerii de suprafa trebuie s se disting scurgerea pe versani (fenomenul de iroire), care se refer la deplasarea apelor imediat dup precipitaie fr a urma un traseu bine individualizat, i scurgerea n albiile elementare. Scurgerea direct de pe versani (iroirea) reprezint afluxul dirijat pe drumul cel mai scurt ( vL , paralel cu linia de cea mai mare pant) ctre ramificaiile reelei hidrografice. Lungimea minim necesar pentru formarea acesteia este

mLv 2822 = (Izzard, 1946; I.Vladimirescu, 1978). Scurgerea hipodermic reprezint o parte, de regul redus, a apelor infiltrate care circul cvasi-orizontal n zona de aerare. Mrimea debitului scurgerii hipodermice depinde

Nivel hidrostatic Scurgere

subteran

Scurgere hipodermic

Lentil impermeabil

Infiltrare

Fig.1.17. Formarea scurgerii hipodermice

Izvor temporar

30

de structura litologic a zonei de aerare care poate prezenta la adncimi reduse niveluri impermeabile sau o succesiune orizontal de lentile impermeabile. Aceast scurgere este n detrimentul alimentrii acviferelor, dnd natere, n perioadele ploioase, la mici izvoare temporare care apar n micro-depresiunile reliefului (Fig.1.17). Scurgerea subteran apare atunci cnd zona de aerare are o umiditate suficient pentru a permite unei pri din apa infiltrat s alimenteze acviferele freatice. Valoarea acestui aport depinde de structura litologic, de permeabilitatea i gradul de saturare al zonei de aerare, precum i de intensitatea precipitaiei. Precipitaiile slabe, practic, nu au nici o influen asupra acviferelor care sunt alimentate numai de precipitaiile cu durat mare i intensitate moderat. Datorit vitezelor de curgere reduse n cadrul acviferelor, durata scurgerii subterane (timpul de la infiltrarea n acvifer pn la atingerea cursului de ap drenant) este cea mai mare n raport cu celelalte componente ale scurgerii totale (excluznd regiunile carstice). Se apreciaz c pentru un bazin de dimensiuni i caracteristici medii, durata scurgerii subterane este mai mare de o lun. Datorit acestei situaii, aportul apelor subterane la debitul total al unui curs de ap este totdeauna gradat i nu intervine dect cu o foarte mic fraciune la debitele maxime. Aportul subteran poate furniza totalitatea debitului cursului de ap n intervalul de timp care separ dou episoade ploioase consecutive.

n afar de cele patru componente care formeaz scurgerea total, o precipitaie mai genereaz i trei tipuri de acumulri de ap n bazinul hidrografic (Fig.1.18) i anume:

refacerea umiditii din zona de aerare, atunci cnd precipitaia urmeaz dup o perioad secetoas;

Precipitaii czute pe oglinda apelor

Scurgerea hipodermic

Scurgerea subteran

Scurgerea de suprafa

Scurgerea total

Refacerea umiditii n

zona de aerare

Retenia reliefului

Intercepia vegetaiei

Infiltrarea

Timpul de la nceperea precipitaiei

Inte

nsit

ate

a pr

ecip

itaie

i

Fig.1.18. Repartiia schematic a apelor meteorice n cazul unei precipitaii de intensitate constant (dup Linsley)

31

retenia reliefului, n cazul existenei unor depresiuni morfologice; intercepia nveliului vegetal, n cazul existenei acestuia.

Scurgerea hipodermic, cea subteran i refacerea umiditii constituie infiltrarea (total), iar retenia reliefului i intercepia vegetaiei formeaz retenia superficial a bazinului hidrografic, care n cea mai mare parte este transformat n vapori prin evapotranspiraie. Din evoluia n timp a componentelor unei precipitaii uniforme (Fig.1.18) se mai poate remarca faptul c la o intensitate mare i durat mic a precipitaiei, scurgerea subteran este practic nul, n timp ce o intensitate moderat i durat mare a precipitaiei conduce la o scurgere subteran important. Un ciclu complet al scurgerii trebuie studiat n toate fazele sale (faza premergtoare precipitaiei, nceputul precipitaiei, faza de maxim al precipitaiei i faza de ncetare a precipitaiei), deoarece n fiecare faz componentele scurgerii au o alt valoare.

1.8. Bazinul de recepie

Evaluarea resurselor de ap, regenerabile pe cale natural, este legat de noiunea de domeniu hidrologic. Din acest punct de vedere se pot deosebi dou domenii hidrologice principale, bazinul hidrografic i bazinul hidrogeologic, care reunite formeaz bazinul de recepie al unui curs de ap.

1.8.1. Bazinul hidrografic

Bazinul hidrografic reprezint domeniul de suprafa de pe care toat scurgerea de suprafa este colectat de un singur curs de ap. Este delimitat de linia de cumpn a apelor de suprafa care reprezint linia celor mai nalte cote din bazinul hidrografic. De o parte i de alta a liniei de cumpn a apelor de suprafa apele se scurg n sensuri opuse (Fig.1.19). Delimitarea bazinului hidrografic se face cu uurin prin trasarea liniilor de cumpn a apelor de suprafa pe baza hrilor topografice. Forma liniilor de cumpn se modific n timp datorit proceselor geomorfologice. Elementele necesare caracterizrii unui bazin hidrografic i evalurii resurselor de ap regenerabile pe cale natural sunt:

suprafaa bazinului hidrografic; forma geometric a bazinului hidrografic; curba hipsometric i altitudinea medie a bazinului hidrografic; panta medie a bazinului hidrografic; nveliul vegetal al bazinului hidrografic; formaiunile geologice din bazinul hidrografic.

Fig.1.19. Delimitarea bazinului hidrografic pe hart.

Profil de nchidere

(Cmin)

Linia de cumpn a apelor de suprafa

Bazin hidrografic

C1 f1

C2

f2

Cn fn

Curb de nivel Cmax

32

1.8.1.1. Suprafaa bazinului hidrografic

Suprafaa bazinului hidrografic se exprim n km2 sau ha i este asociat obligatoriu cu denumirea cursului de ap sau poziia seciunii de nchidere a liniei de cumpn a apelor de suprafa (exemplu: suprafaa bazinului hidrografic al Dunrii la Sulina este de 817000 km2. Suprafaa bazinului hidrografic se evalueaz prin planimetrare i crete pe msur ce seciunile de nchidere se plaseaz ctre avalul cursului de ap. n Atlasul Apelor de Suprafa, suprafeele bazinelor hidrografice sunt calculate pentru cursurile de suprafa, pn la ordinul ase, la confluena cu cursurile de ordin superior.

1.8.1.2. Forma bazinului hidrografic

Formele geometrice variate ale bazinelor hidrografice pot fi nscrise cu anumite aproximri n forme geometrice regulate (cerc, elips) sau cuantificate prin:

limea medie a bazinului hidrografic ( B ):

FB = (1.21)

n care F - suprafaa bazinului hidrografic; - lungimea pe axul median;

coeficientul de form a bazinului hidrografic ( ) care exprim abaterea de la forma circular:

24 LF

= pi (1.22)

n care L - lungimea total a liniei de cumpn a apelor de suprafa care delimiteaz bazinul hidrografic.

1.8.1.3. Curba hipsometric si altitudinea medie a bazinului hidrografic

Curba hipsometric exprim repartiia cotelor suprafeei bazinului hidrografic (Fig.1.20) i permite evaluarea rapid a cotei medii a bazinului hidrografic i a suprafeelor aflate deasupra sau sub anumite cote. Ordonatele curbei hipsometrice reprezint cotele curbelor de nivel (C1,C2,, Cn; Fig.1.19) iar abscisele suprafeele

Cmax

C1

Cmin

C2

f1 f1+f2

Cota nivelului mrii (Cota 0)

Ffni

ii =

=

=1

Cota medie

Fig.1.20. Curba hipsometric a bazinului hidrografic

33

cumulate ale bazinului hidrografic determinate de dou curbe de nivel succesive (f1, f2, , fn; Fig.1.19). Cota medie a bazinului hidrografic se calculeaz prin echivalarea ariei determinate de curba hipsometric, cu aria unui dreptunghi avnd baza egal cu suprafaa total a bazinului hidrografic. Suprafeele aflate deasupra anumitor cote se citesc direct pe curba hipsometric (Fig.1.20).

1.8.1.4. Panta medie a bazinului hidrografic

Panta medie a bazinului hidrografic ( i ) se estimeaz pe baza pantei dintre fiecare dou curbe de nivel consecutive ( ii ):

F

fb

CC

F

fii

nk

kk

k

kknk

kkk

=

=

=

=

=

=1

1

1 (1.23)

n care kC - cota curbei de nivel k ;

kb - limea medie dintre curbele de nivel kC i 1kC ;

kf - suprafaa bazinului hidrografic dintre curbele de nivel kC i 1kC ; F - suprafa total a bazinului hidrografic.

1.8.1.5. nveliul vegetal al bazinului hidrografic

nveliul vegetal al bazinului hidrografic reprezentat de pduri, livezi, culturi cerealiere i puni intervine cu o pondere important n reglarea scurgerii de suprafa prin:

reinerea parial a apei din precipitaii; frnarea micrii apelor din precipitaii; atenuarea scurgerilor toreniale provenite din ploi i topirea zpezilor (n

special pdurile cu existen multianual); reducerea efectului de eroziune produs de scurgerea de suprafa prin

fixarea solului cu sistemul radicular. Gradul de mpdurire ( p ) al bazinului hidrografic se exprim prin raportul dintre suprafaa mpdurit ( pF ) i suprafaa total a bazinului hidrografic ( F ):

FFp

p = (1.24)

1.8.1.6. Formaiunile geologice din bazinul hidrografic

Formaiunile geologice care afloreaz n bazinul hidrografic condiioneaz infiltrarea precipitaiilor i reducerea scurgerii de suprafa. ntr-o estimare global se poate aprecia c pentru:

zonele muntoase cu roci cristaline fr pduri, infiltraia este neglijabil; zonele carstice, infiltraia reprezint 30-80% din cantitatea de ap de

suprafa;

34

zonele cu nisipuri i pietriuri, infiltraia reprezint 40-70% din cantitatea de ap superficial;

zonele cu marne i argile, infiltraia reprezint 10-20% din cantitatea de ap superficial.

1.8.2. Bazinul hidrogeologic

Bazinul hidrogeologic reprezint domeniul acvifer (subteran), simplu sau complex, n care apele subterane curg ctre acelai element de drenaj de suprafa, care poate fi un curs de ap sau o linie de izvoare. n plan orizontal bazinul hidrogeologic este delimitat de linia de cumpn a apelor subterane care reprezint seciunea vertical cu cote maxime ale nivelului piezometric. De la seciunea de cumpn, apele subterane curg divergent. Delimitarea unui bazin hidrogeologic cu ajutorul liniei de cumpn a apelor subterane este o lucrare dificil i costisitoare, ea bazndu-se, n principal, pe execuia unei reele de piezometre n care se determin cota nivelului piezometric.

Foarte rar se ntmpl ca bazinul hidrografic i cel hidrogeologic s aib aceeai extindere n plan orizontal: n cazul acviferelor freatice acumulate n structuri geologice simple (culcu

impermeabil orizontal) constituite din depozite permeabile omogene, bazinul hidrografic poate coincide cu cel hidrogeologic (Fig.1.21);

morfologia formaiunilor impermeabile din culcuul acviferelor freatice poate determina o extindere mai redus a bazinului hidrogeologic n raport cu cel hidrografic (bazinul hidrogeologic coincide cu extinderea teraselor aluviale i luncii n seciunea din Fig.1.22);

cnd cursul de ap se gsete n zona axial a unui sinclinal, bazinul hidrogeologic este mai mare ca cel hidrografic (Fig.1.23). De notat c acviferul inferior aparine unui bazin hidrogeologic nvecinat, partea de ap infiltrat n acest acvifer (i care constituie o pierdere pentru bazinul de recepie respectiv) reprezint o component separat a bilanului i anume infiltrarea profund.

Bazin hidrografic

Bazin hidrogeologic

Fig.1.21. Raportul dintre bazinul hidrografic i bazinul hidrogeologic n cazul uui acvifer freatic

direcia de curgere a apelor de suprafa direcia de curgere a apelor subterane

35

cnd cursul de ap se afl n zona axial a unui anticlinal (Fig.1.24), bazinul hidrogeologic respectiv are o extindere redus; prezena formaiunilor deluviale permeabile constituie un factor favorabil n acest sens.

Bazin hidrografic

Bazin hidrogeologic

Fig.1.23. Raportul dintre bazinul hidrografic i bazinul hidrogeologic n cazul unei structuri sinclinale

direcia de curgere a apelor de suprafa direcia de curgere a apelor subterane

Bazin hidrografic

Bazin hidrogeologic

Fig.1.22. Raportul dintre bazinul hidrografic i bazinul hidrogeologic n cazul unei hidrostructuri din lunca unui ru

direcia de curgere a apelor de suprafa direcia de curgere a apelor subterane

36

n cadrul studiilor hidrologice, hidrogeologice i de bilan este necesar s se in seama de raporturile dintre cele dou bazine. Chiar dac nu exist posibilitatea unor cercetri hidrogeologice corespunztoare, schiarea bazinului hidrogeologic se poate face pe baza unei analize a structurii geologice a formaiunilor.

1.9. Elemente de hidrologie a cursurilor de ap

Apa din precipitaii, care nu a fost transformat n vapori prin evapotranspiraie i nu s-a infiltrat n formaiunile permeabile, este drenat de reeaua hidrografic formnd scurgerea total a acesteia.

Scurgerea total se evalueaz ntr-o anumit seciune a reelei hidrografice i este debitul de ap care traverseaz acea seciune. Evaluarea corect a regimului debitelor cursurilor de ap este determinat n principal de cunoaterea a dou categorii de informaii:

morfometria reelei hidrografice; hidrometria reelei hidrografice.

Complexitatea morfologiei reelei hidrografice i variabilitatea factorilor care determin debitul cursurilor de ap sunt cuantificate prin intermediul unor parametri care au ca obiectiv principal reducerea gradului de incertitudine al estimrii regimului debitelor cursurilor de ap de suprafa.

1.9.1. Morfometria reelei hidrografice

Caracteristicile morfometrice ale reelei hidrografice sunt exprimate prin: profilul transversal al albiei; profilul longitudinal al albiei; densitatea reelei hidrografice.

Bazin hidrografic

Bazin hidrogeologic

Fig.1.24. Raportul dintre bazinul hidrografic i bazinul hidrogeologic n cazul unei structuri anticlinale

direcia de curgere a apelor de suprafa

direcia de curgere a apelor subterane

37

1.9.1.1. Profilul transversal al albiei

Profilul transversal al albiei cursului de ap se refer la partea cea mai cobort a vii, ocupat permanent sau temporar de ap i separat n: albia minor, care corespunde cursului de ap permanent sau existent cea mai

mare parte a anului; talvegul, care reprezint

linia adncimilor maxime ale albiei minore, linie trasat de-a lungul profilului longitudinal al cursului de ap;

albia major, care cuprinde albia minor i zonele de lunc i corespunde poriunii ocupate de ap la debite maxime; n funcie de asigurrile de depire a acestor debite se poate calcula limea corespunztoare a albiei majore.

Din punct de vedere hidrogeologic este necesar s se delimiteze aceste elemente morfologice care condiioneaz, n timp i spaiu, existena sau absena legturilor hidraulice ale cursului de ap cu acviferele freatice localizate n lunc i terase. Limea ( B ) i adncimea medie ( medY ) a unui profil transversal n formaiuni aluvionare sunt condiionate de mrimea debitului cursului de ap (Q ) i pot fi evaluate cu formule semiempirice (Blench):

21

= QB

;

31

2

= QYmed

(1.25)

n care i sunt parametrii stabilii n funcie de granulozitatea aluviunilor i forma profilului transversal. Linia oglinzii apei din profilul transversal, a crei poziie condiioneaz legturile hidraulice cu acviferele, nu este riguros orizontal, fiind:

convex pe sectoare rectilinii n perioada creterii debitului; concav pe sectoare rectilinii n perioada reducerii debitului; nclinat pe sectoare curbe ( R - raza medie de curbur a sectorului),

cu cote mai mari pe malul concav i mai mici la cel convex, diferena de cot ( y ) evalundu-se cu relaia:

gv

RBy

2

= (1.26)

n care: v - viteza medie a curentului n profilul transversal; g - acceleraia gravitaional.

Nivelul maxim al apei

Nivelul minim al apei

Albie minor

Albie major Lunc

Lu

nc

Fig.1.25. Profil transversal prin albia unui ru.

Talveg

38

1.9.1.2. Profilul longitudinal al albiei

Profilul longitudinal al albiei este o reprezentare n plan vertical a liniei talvegului i a liniilor suprafeei libere la anumite asigurri (Fig.1.26). Morfologia talvegului n profil longitudinal este cu pante abrupte n sectoarele muntoase, unde coeficientul scurgerii medii atinge valori de pn la 0,9, i cu pante din ce n ce mai reduse n zonele deluroase i de cmpie. n sectoarele aluvionare se creeaz o interdependen ntre profilul longitudinal i forma n plan a traseului rului (Fig.1.26):

apariia gropilor n sectoarele meandrate, acolo unde este accelerat eroziunea;

apariia bancurilor (vadurilor) n sectoarele de inflexiune a traseului rului.

Denivelrile din plan vertical ale talvegului produc pante variabile ale suprafeei libere la debite mici ale rului, pante care se egalizeaz la debite mari. Morfologia n plan orizontal a meandrelor din zonele aluvionare este estimat pe baza relaiilor empirice n care debitul cursului de ap (Q ) este factorul determinant (Fig.1.27):

QX =10 ; QY = 29 ; QB = 6,1 (1.27)

Stabilitatea morfologiei n profilul longitudinal este variabil de-a lungul cursurilor de ap:

n sectorul montan, datorit duritii formaiunilor geologice, morfologia profilului este stabil;

n sectorul premontan i deluros, unde apa circul pe propriile aluviuni, crete instabilitatea, formndu-se mai multe albii mobile;

n sectorul de cmpie se formeaz o singur albie major ale crei meandre se deplaseaz lent spre aval;

n sectorul de delt instabilitatea const ntr-o continu formare de albii secundare.

Pentru realizarea msurtorilor sistematice de debite i niveluri pe sectoarele instabile se recurge la lucrri hidrotehnice speciale care asigur stabilitatea necesar att pentru profilul longitudinal ct i pentru profilul transversal al vilor.

1.9.1.3. Densitatea reelei hidrografice

Densitatea reelei hidrografice ( D ) condiioneaz capacitatea rurilor de colectare i drenare a apelor din precipitaii precum i a celor subterane. Densitatea reelei hidrografice este determinat de:

Fig.1.26. Profilul longitudinal a unui ru

Banc(Vad) Groap

Linia suprafeei libere la ape mari

Linia suprafeei libere la ape mici

Talveg

B

X

Y

Fig.1.27. Elementele morfologice ale unei meandre

39

diferena ntre altitudinea maxim i minim din bazinul hidrografic ( A ); densitatea apei scurse pe versani ( ); vscozitatea apei scurse pe versani ( ); debitul specific al apei scurse pe versani ( q ); acceleraia gravitaional ( g ); factorul de eroziune al formaiunilor geologice ( k ).

Toi aceti factori pot fi integrai ntr-o relaie de forma:

=

AgqAqkq

AD

2

,,

1

(1.28)

n care

( ) - funcie scalar care pentru o reea hidrografic este studiat pe baza variabilelor componente i prin calare pe modelul de estimare a densitii:

SLD = (1.29)

L - lungimea tuturor ramificaiilor unei reele hidrografice; S - suprafa care nscrie reeaua hidrografic. Densitatea reelei hidrografice este cu att mai mic cu ct terenurile sunt mai dure i mai rezistente la eroziune (granite, gnaise etc.), n timp ce pentru terenuri slabe (argile) este suficient un debit redus pentru a se dezvolta o reea de drenaj cu densitatea mare. Terenurile foarte permeabile (nisipuri, pietriuri) condiioneaz o densitate redus a reelei hidrografice datorit infiltrrii rapide, n timp ce terenurile practic impermeabile determin o valoare mare a densitii acesteia.

1.9.2. Hidrometria reelei hidrografice

Datele hidrometrice, obinute cu ajutorul unor metode i tehnici specifice, sunt reprezentate prin:

nivelul curenilor de suprafa; vitezele n curenii de suprafa; debitul curenilor de suprafa.

Msurtorile necesare obinerii acestor date se realizeaz n seciuni caracteristice ale reelei hidrografice, unde sunt instalate staii sau posturi hidrometrice, care se constituie ntr-o reeaua hidrometric.

1.9.2.1. Nivelul curenilor de suprafa

Prin nivel n hidrologie se nelege cota (absolut sau relativ) suprafeei libere a apei din profilul transversal al unui curs de ap. Aceast msurtoare se realizeaz cu ajutorul mirei hidrometrice, care poate avea diverse configuraii. Mira hidrometric clasic este de tipul mirelor de nivelment topografic (Fig.1.28), fixat pe un suport rezistent i gradat (de regul din 2 n 2 cm.), astfel nct zero al plcii s fie sub cel mai sczut nivel al apei (nivelul de etiaj), iar gradaia maxim, deasupra nivelului maxim al apei n seciunea respectiv.

40

nregistrarea continu a variaiei nivelului apei se face cu ajutorul limnigrafului. Aparatul urmrete direct oscilaiile nivelului suprafeei libere a apei ntr-o seciune a rului printr-un plutitor i le transmite la un sistem de nregistrare grafic sau electronic. Reprezentarea grafic a variaiei n timp a nivelurilor msurate la un punct hidrometric constituie un hidrograf de nivel. Datorit variabilitii mari a nivelului, pentru analiza regimului respectiv se calculeaz urmtoarele niveluri caracteristice:

nivelul maxim anual /multianual;

nivelul mediu anual /multianual;

Cu ajutorul valorilor caracteristice anuale se calculeaz nivelurile cu diferite grade de asigurare. n paralel cu cota nivelului suprafeei libere se msoar i adncimea apei n seciunea postului hidrometric fie pentru urmrirea schimbrii morfologice a albiei (prin depuneri sau eroziune), fie pentru determinarea seciunii de curgere. n acest scop, pe limea seciunii transversale se msoar adncimile pe mai multe verticale, obinndu-se n final profilul hidrotopometric.

1.9.2.2.Vitezele n curenii de suprafa

Viteza apei n seciunea de curgere prezint o mare variaie de valori datorat rugozitii i configuraiei albiei, precum i a altor factori precum: pod de ghea, prag, vnt etc. Distribuia vitezelor n seciunea transversal se reprezint cu ajutorul izotahelor iar n seciune vertical prin epure (Fig.1.29.). Izotahele sunt curbe de

egal valoare a vitezei. Se remarc faptul c vitezele minime se nregistreaz n vecintatea fundului albiei (vf), datorit rugozitii terenului, iar pe epura vitezelor, valoarea maxim (vmax) apare la o adncime redus sub nivelul apei. n cadrul metodelor directe de

msurare a vitezei apei pe ruri, o larg aplicabilitate o au morica hidrometric i metoda flotorilor. Morica hidrometric (Fig.1.30) este prevzut cu o elice cu ax orizontal care se rotete sub aciunea curentului de ap. ntre viteza de rotaie a elicei i viteza apei se stabilete o relaie exprimat grafic printr-o diagram, pentru fiecare aparat. Viteza de rotaie se poate msura cu ajutorul unei instalaii electrice care acioneaz un sistem de semnalizare sonor sau

Fig.1.28. Mira hidrometric simpl (a) i amplasarea ei ntr-o seciune transversal a

unui ru (b)

a) b)

v=1m/s v= 2 m/s v=3m/s

vs

vmax

vf

Fig.1.29. Distribuia vitezelor n seciunea transversal a unui curs de suprafa (a) i pe o vertical(b)

a) b) izotah vm

h

F

41

luminos. Msurarea vitezelor se face pe cteva verticale ntr-o seciune transversal, iar pe fiecare vertical numrul i poziia punctelor de msur sunt n funcie de adncimea apei. Viteza medie pe vertical ( mv ) se poate obine ca raport ntre suprafaa delimitat de epura vitezelor ( F ) i adncimea apei ( h ) (Fig.1.29b):

hF

vm = (1.30)

Flotorii de suprafa sunt corpuri plutitoare din lemn care sunt lansate la suprafaa curentului de ap i iau viteza acestuia. Viteza medie a curentului ( v ) se aproximeaz cu relaia:

3321 sss

s

vvvKvKv

++== (1.31)

n care sv - viteza medie la suprafaa curentului;

sss vvv 321 ,, viteze msurate la suprafaa curentului de ap, n mijlocul i pe marginile albiei, cele trei viteze de suprafa determinndu-se cu ajutorul flotorului pe sectoare rectilinii ale cursului de ap; K - coeficient de corecie (egal cu 0,8-0,85 pentru cursurile naturale de ap) pentru transformarea vitezei medii de suprafa n viteza medie a curentului. Debitul total al cursului de ap (Q ) se calculeaz cu relaia:

= vQ (1.32)

n care este seciunea transversal a curentului obinut prin planimetrare.

1.9.2.3. Debitele curenilor de suprafa

Debitul unui curs de ap reprezint volumul total de ap care traverseaz seciunea normal de curgere ntr-un interval de timp determinat. Debitul instantaneu este debitul calculat pe baza msurtorilor realizate la un moment dat. Dac vitezele au fost msurate cu morica hidrometric, debitul total (Q) se calculeaz printr-un procedeu grafo-analitic (Fig.1.31) finalizat prin urmtoarea formul care ia n considerare variaia debitului elementar pe suprafaa seciunii de curgere:

lnnnnnn

l

x

bqbqqbqqbqdxxqQ

=

++

+++

+= 31

2...

231)( )1(12121101

0

(1.33)

Debitul elementar (q) corespunde unei limi unitare a curentului, adic:

Fig.1.30.Morica hidrometric

Elice

Rotor Camer de

contacte

Tij

Coad de dirijare

42

1= hvq m [m3/s.m] (1.34)

unde mv - viteza medie pe o fie vertical cu limea unitar;

h - adncimea curentului.

Cheia limnimetric sau curba nivel-debit reprezint o corelaie a doi parametri (Q=f(H)) n care:

nivelul apei (H) este citit pe mira hidrometric; debitul total (Q) este calculat n seciunea mirei hidrometrice (Fig.1.32).

Prin aceast corelaie, exprimat grafic sau analitic, oricrei valori a nivelului apei (H) i corespunde un anumit debit (Q). Datorit modificrilor n timp a formei seciunii albiei (prin eroziune sau depunere), periodic este necesar corectarea cheii limnimetrice. Hidrograful debitelor reprezint variaia debitului cursului de ap la un post hidrometric, pe o anumit perioad.

1,20

0

0,50

1,00

0,40

0,80

0

0,20

0,40

0,60

0 1 2 3 n (n-1) b2-3

Debit

elem

enta

r: q[m

3/s.m]

Adn

cime

talve

g: h[m

] Vi

teza

m

edi

e:v m

[m/s

ec]

Curba debitelor elementare q(x)

Curba vitezelor medii pe vertical: vm(x)

Fig.1.31. Calculul debitului rului prin procedeul grafo-analitic.

Nivelul maxim al apelor de suprafa Mir

hidrometric

Q

H

Q=f(H) Hi

Qi

Fig.1.32. Construcia grafic a cheii limnimetrice

0

43

Pentru hidrograful anual debitele caracteristice ale unui curs de ap (scurgerea total) sunt:

debitul maxim anual (Qmax); debitul minim anual (Qmin); debitul mediu anual (Qm).

n cazul unui hidrograf multianual, debitele multianuale respective vor fi 0minmax ,, QQQ , ultimul fiind debitul normal sau modul, calculat ca o medie

aritmetic a debitelor medii anuale, pe o perioad mai mare de ani consecutivi (de regul minimum 30 de ani). Ca i n cazul nivelurilor, se pot calcula debite asigurate, pe baza eantionului de valori ale debitelor caracteristice anuale. Din punct de vedere hidrogeologic intereseaz n mod deosebit debitele minime i anume:

debitul de etiaj (Qe) care este asigurat 355 de zile, deci numai 10 zile din an debitul cursului de ap va fi mai mic dect Qe;

debitul minim minimorum (Qmin.min) care reprezint valoarea cea mai redus nregistrat ntr-o perioad multianual.

Aceste debite sunt asigurate n totalitate de scurgerea subteran. Hidrograful elementar este nregistrat la o staie hidrometric, pe durata unei averse sau a unor averse grupate. Un astfel de hidrograf elementar sintetizeaz toate caracteristicile precipitaiilor i ale bazinului hidrografic iar structura sa geometric reflect variaia n timp a scurgerii de suprafa, hipodermice i subterane. Un hidrograf elementar are forma unei curbe asimetrice cu un singur vrf

timp

h[mm

]

Hietogram

Cen

trul d

e gr

euta

te a

l ave

rse

i(G)

250

200

150

100

50

0

Debi

tul [m

3 /se

c]

B

D

Curb de concentrare

Curb de recesiune

Curb de epuizare

C

A

tr

Sfritu

l cu

rger

ii de

su

pra

fa

Timp[zi]

0 1 2 3 4 5 6 Fig.1.33. Caracteristicile unui hidrograf simplu

44

(Fig.1.33), pe care se pot separa mai multe elemente: curba de concentrare (BC) - care corespunde timpului de cretere a

debitului i depinde de caracteristicile precipitaiei, de geomorfologia bazinului hidrografic i de condiiile iniiale de umiditate ale acestuia;

maxima hidrografului (C) corespunde concentrrii maxime a scurgerii i apare, de obicei, n momentul ncetrii precipitaiei sau dup aceasta;

timpul de rspuns (tr) al unui bazin reprezint decalajul n timp ntre centrul de greutate al hietogramei (G) i momentul de atingere a debitului maxim al cursului de ap;

curba de recesiune (CD), cu timpul corespunztor de descretere (td), sintetizeaz cele trei forme de scurgere care alimenteaz simultan cursul de ap (scurgerea de suprafa, cea hipodermic i cea subteran); ea depinde de volumul de ap acumulat n bazinul de recepie al cursului de ap dup ncetarea precipitaiei;

momentul ncetrii scurgerii de suprafa (D), dup care singura surs de alimentare a rului o constituie scurgerea subteran i eventual scurgerea hipodermic;

curba de epuizare (a acviferelor) apare dup punctul D i este cunoscut n hidrologie i sub denumirea de curba de secare.

Hidrografele complexe, cu dou sau mai multe maxime, sunt rezultatul distribuiei spaio-temporare neuniforme a precipitaiilor, precum i caracteristicilor morfometrice i hidrogeologice ale bazinului de recepie. Influena determinant a litologiei i gradului de permeabilitate asupra formei hidrografului debitelor scurgerii (rurilor) este evident n dou bazine de recepie vecine (din Congo), cu regim pluviometric similar i suprafee identice ca extindere. Diferena foarte mare de permeabilitate a terenurilor se reflect foarte bine n cele dou hidrografe ale debitelor. n bazinul foarte permeabil, capacitatea de retenie i de regularizare hidrogeologic reduce foarte mult variaia debitelor n timpul anului hidrologic (Fig.1.34). Bazinul foarte slab permeabil are un hidrograf cu variaii foarte mari ale debitului (Fig. 1.35). Variabilitatea n timp a debitului rurilor (scurgerea total) impune condiii drastice n proiectarea barajelor i digurilor de protecie la inundaie, motiv pentru

VII VI VIII

IX X

XI XII

I II

III IV V

VII 0

50

100

150

200

250

Anul hidrologic

Qmax=190,0 m3/zi

Qmin=158,3 m3/zi

Debitul

cursului

de

ap [m

3/zi]

Fig.1.34. Regimul hidrologic al unui bazin hidrografic n formaiuni foarte permeabile (formaiuni nisipoase)

45

care este obligatorie evaluarea a trei valori caracteristice pentru debitul scurgerii totale: scurgerea medie, scurgerea maxim i scurgerea minim.

Scurgerea medie se estimeaz pentru intervalele de timp standard: lun, sezon, an i interval multianual (10 sau 30 de ani). Debitele medii lunare, pe sezon i anuale, se determin cu ajutorul hidrografului (raportndu-se volumul total al scurgerii la perioada de calcul respectiv), iar debitul mediu multianual se calculeaz ca o medie aritmetic a debitelor medii anuale.

Scurgerea maxim a rurilor este mai dificil de evaluat deoarece msurtorile de debite la ape mari sunt greu de efectuat. n lipsa datelor hidrometrice, debitele maxime se evalueaz i cu ajutorul formulelor empirice care conin parametri climatici i morfometrici. Debitele maxime corespund perioadelor de ape mari i viiturilor i se calculeaz pentru asigurri cuprinse ntre 1 i 10%.

Scurgerea minim a rurilor este asigurat exclusiv pe seama rezervelor de ape subterane i apare n perioadele de secet atmosferic, evoluia ei n timp fiind determinat de legea de epuizare a acviferului. Evoluia debitelor minime este influenat de condiiile hidrogeologice i geomorfologice ale vii respective. n funcie de drenarea complet sau parial a rezervelor de ape subterane (ale acviferului sau acviferelor care alimenteaz rul) de ctre ruri, acestea se mpart n trei categorii: ruri cu scurgere permanent, care nu seac nici n perioadele secetoase; ruri cu scurgere semipermanent, care seac n anii excesiv de secetoi; ruri cu scurgere intermitent, care seac n fiecare an. Datorit variaiei condiiilor hidrogeologice, n profilul longitudinal al cursurilor de ap importante pot apare sectoare cu grade diferite de secare. n afar de debitul mediu minim n problemele de gospodrire a apelor este necesar s se calculeze i debitele minime pentru diverse asigurri de depire (de regul pentru 80%, 90% i 95%). Din punct de vedere hidrogeologic, scurgerea minim este echivalent cu scurgerea subteran n perioada de epuizare a acviferelor, perioad definit pe hidrograf dup momentul epuizrii scurgerii de suprafa (dup momentul la care e plasat punctul D; Fig.1.33).

VII VI VIII

IX X

XI XII

I II

III IV V VII

0

50

100

150

200

250

Anul hidrologic

Qmin=38,2 m3/zi

Qmax=248,0 m3/zi

Fig.1.35. Regimul hidrologic ntr-un bazin hidrografic n formaiuni slab permeabile (formaiuni argiloase)

Debitul

cursului

de

ap [m

3/zi]

28