3. Notiuni de Hidrografie

12
3. NOłIUNI DE HIDROGRAFIE Hidrografia este acea parte a hidrologiei care se ocupă cu descrierea cursurilor de apă dintr-o anumită regiune organizate în bazine hidrografice. Hidrografia furnizează, împreună cu hidrometria, materialul de bază necesar studiilor hidrologiei propriu-zise. 3.1. Bazinul hidrografic Bazinul hidrografic (BH) corespunde unităŃii geografice pe care se bazează analiza ciclului hidrologic. Este o suprafaŃă închisă din punct de vedere hidrologic în sensul că frontiera suprafeŃei nu este penetrată de nici o scurgere de apă iar excedentul de precipitaŃie se evaporă sau se scurge printr-o singură secŃiune numită secŃiune de închidere a bazinului (Musy, 1992). Bazinul hidrografic numit şi bazin de recepŃie sau bazin colector reprezintă o suprafaŃă în care apa provenită din ploi sau din topirea zăpezilor se scurge la vale într-un corp de apă (râu, lac, estuar, mare, ocean). Bazinul de recepŃie include atât râurile care transportă apa, cât şi suprafaŃa de teren de pe care apa se scurge în albiile râurilor. În BH are loc procesul de transformare a precipitaŃiilor în fluxuri de apă colectate de reŃeaua hidrografică şi de rezervoarele subterane. Acest proces complex impune studierea diferitelor aspecte fiziografice ale BH. Caracteristicile fiziografice ale unui BH influenŃează răspunsul hidrologic şi în special regimul curgerii în perioada de viitură sau etiaj. ReacŃia hidrologică a unui BH este caracterizată printr-o curbă reprezentând variaŃia debitului în funcŃie de timp, numită hidrograf de debit sau de viitură. Mărimea şi forma hidrografului de viitură rezultate în urma unei ploi vor depinde de mărimea, forma, panta, orientarea bazinului, tipul solului, acoperirea cu vegetaŃie (covorul vegetal) şi de reŃeaua hidrografică. Aceste caracteristici de ordin pur geometric sau fizic se calculează cu ajutorul hărŃilor topografice. 3.1.1. Caracteristicile geometrice 3.1.1.1. Forma BH Forma unui BH este dată de proiecŃia pe un plan orizontal a configuraŃiei geometrice a acestuia. Două bazine de dimensiuni comparabile, însă de

Transcript of 3. Notiuni de Hidrografie

  • 3. NOIUNI DE HIDROGRAFIE

    Hidrografia este acea parte a hidrologiei care se ocup cu descrierea cursurilor de ap dintr-o anumit regiune organizate n bazine hidrografice. Hidrografia furnizeaz, mpreun cu hidrometria, materialul de baz necesar studiilor hidrologiei propriu-zise.

    3.1. Bazinul hidrografic

    Bazinul hidrografic (BH) corespunde unitii geografice pe care se bazeaz analiza ciclului hidrologic. Este o suprafa nchis din punct de vedere hidrologic n sensul c frontiera suprafeei nu este penetrat de nici o scurgere de ap iar excedentul de precipitaie se evapor sau se scurge printr-o singur seciune numit seciune de nchidere a bazinului (Musy, 1992).

    Bazinul hidrografic numit i bazin de recepie sau bazin colector reprezint o suprafa n care apa provenit din ploi sau din topirea zpezilor se scurge la vale ntr-un corp de ap (ru, lac, estuar, mare, ocean). Bazinul de recepie include att rurile care transport apa, ct i suprafaa de teren de pe care apa se scurge n albiile rurilor. n BH are loc procesul de transformare a precipitaiilor n fluxuri de ap colectate de reeaua hidrografic i de rezervoarele subterane. Acest proces complex impune studierea diferitelor aspecte fiziografice ale BH.

    Caracteristicile fiziografice ale unui BH influeneaz rspunsul hidrologic i n special regimul curgerii n perioada de viitur sau etiaj. Reacia hidrologic a unui BH este caracterizat printr-o curb reprezentnd variaia debitului n funcie de timp, numit hidrograf de debit sau de viitur. Mrimea i forma hidrografului de viitur rezultate n urma unei ploi vor depinde de mrimea, forma, panta, orientarea bazinului, tipul solului, acoperirea cu vegetaie (covorul vegetal) i de reeaua hidrografic. Aceste caracteristici de ordin pur geometric sau fizic se calculeaz cu ajutorul hrilor topografice.

    3.1.1. Caracteristicile geometrice

    3.1.1.1. Forma BH

    Forma unui BH este dat de proiecia pe un plan orizontal a configuraiei geometrice a acestuia. Dou bazine de dimensiuni comparabile, ns de

  • HIDROLOGIE I METEOROLOGIE

    14

    forme diferite pot reaciona diferit la aceeai avers. Forma unui bazin influeneaz alura hidrografului la ieirea din acel bazin. Se observ o fluctuaie a debitului maxim n funcie de morfologia bazinului (figura 3.1). O form alungit determin debite mai mici ale vrfului viiturii datorit timpilor mai mari de parcurgere a apei pn la ieirea din bazin.

    Figura 3.1 Influena formei BH asupra hidrografului de viitur

    Acest fenomen este legat de noiunea de timp de concentrare tc al bazinului definit ca timpul necesar unei picturi de ap aflat n punctul cel mai ndeprtat (din punct de vedere hidrologic) pentru a ajunge n seciunea de ieire a bazinului. Prin urmare bazinele n form de evantai, avnd un timp de concentrare mai scurt, vor genera cele mai mari debite ale vrfului viiturii. n acest sens se definete izocrona ca fiind linia care unete punctele cu timpi egali de concentrare. Valoarea izocronei celei mai ndeprtate de ieire reprezint timpul necesar pentru ca ntreaga suprafa a BH s contribuie la scurgerea din seciunea de ieire dup o avers uniform. n figura 3.2 sunt reprezentate izocronele i diagrama suprafa-timp de concentrare pentru un BH.

    Traseul reelelor de izocrone este necesar pentru a evidenia comportamentul hidrologic general al unui BH i importana relativ a fiecruia dintre subbazinele sale n hidrograful unei averse (Musy, 1992).

  • 3. BAZINUL HIDROGRAFIC

    15

    Figura 3.2. Izocronele i diagrama suprafa-timp de concentrare pentru un BH.

    Datorit complexitii fenomenelor hidrologice este necesar utilizarea unor indici (coeficieni) care s permit att caracterizarea scurgerilor, ct i compararea bazinelor hidrografice ntre ele; dintre acetia se menioneaz:

    - Coeficientul de asimetrie (a)

    F

    F

    F

    Faaa drstdrst == , (3.1)

    unde Fst, Fdr reprezint suprafeele BH corespunztoare malului stng, respectiv drept al cursului principal, iar F suprafaa total a BH. Dac a=0, bazinul este simetric.

    - Gradul de abatere de la forma circular () Reprezint raportul dintre perimetrul cercului Lc care are aceeai suprafa cu cea a BH (figura 3.3) i perimetrul BH, Lp:

    pp

    c

    L

    F2

    L

    L == (3.2)

    Pentru =1, BH are form circular.

    - Gradul de alungire al BH () Exprim raportul dintre limea medie a bazinului bmed i lungimea cursului de ap principal, l:

  • HIDROLOGIE I METEOROLOGIE

    16

    2

    med

    l

    F

    l

    b=== (3.3)

    Figura 3.3 Schema de calcul pentru coeficientul

    3.1.1.2. Perimetrul BH

    Cumpna apelor se definete ca linia care separ bazinele de recepie. Lungimea acestei linii reprezint perimetrul BH, Lp (figura 3.4). Cumpna apelor reprezint linia de ntretiere a doi versani adiaceni de la care apele se scurg n sensuri opuse; prin urmare este i linia celor mai nalte cote ale BH; se determin pe harta topografic cu ajutorul curbimetrului. Cumpna apelor este evident cnd este format de culmi de muni sau dealuri i mai greu de definit n regiunile de cmpie.

    Se consider izvor al rului (I) punctul n care rul apare iniial n mod clar sub form de curent de suprafa. Vrsarea (V) este de obicei un punct mai bine precizat ca poziie geografic.

    3.1.1.3. Suprafaa BH

    Suprafaa bazinului hidrografic (F) se determin pe hart prin planimetrarea ariei delimitat de cumpna apelor; suprafaa astfel obinut se nmulete cu factorul de scar SF:

    F22 S]cm[ F]km[ F = (3.4)

    Suprafaa BH crete pe msur ce pofilele de nchidere se situeaz ctre avalul cursului de ap.

    Epura de variaie a suprafeei bazinului reprezint variaia cumulativ a suprafeelor, considerat de la izvor spre vrsare, n raport cu lungimea cursului de ap.

  • 3. BAZINUL HIDROGRAFIC

    17

    Pentru trasarea epurei de variaie se determin suprafeele subbazinelor (corespunztoare afluenilor) i ale resturilor de bazin (notate cu 1 6, respectiv R0 R7 n figura 3.4).

    Figura 3.4 Elemente fiziografice ale BH

    Figura 3.5 Epura de variaie a suprafeelor BH

    F st (km2) F dr (km

    2) O (V)

    L (km) I

    1

    3

    6

    R0

    R2

    R4 R6

    R1

    R3

    R5

    R7

    2

    4

    5

    C1

    C2

    C3

    C4

    C5

    C6

  • HIDROLOGIE I METEOROLOGIE

    18

    Se consider ca seciuni de control seciunile corespunztoare punctelor de confluen ale rului cu afluenii si (C1 C6) i seciunea de nchidere a BH. La fiecare confluen se ine cont de poziia afluentului (pe stnga sau pe dreapta), variaia suprafeei figurndu-se n mod corespunztor. ntre dou puncte de confluen de pe aceeai parte a rului se admite o variaie liniar a suprafeei BH. Epura de variaie a suprafeei bazinului din figura 3.4 este prezentat calitativ n figura 3.5.

    3.1.2. Relieful

    Relieful poate fi caracterizat prin urmtoarele elemente:

    3.1.2.1. Curba hipsometric

    Furnizeaz o vedere general asupra pantei bazinului.

    Curba hipsometric (hipsografic) a BH reprezint variaia cu altitudinea a suprafeelor de bazin cu cote mai mari sau egale cu un nivel oarecare

    Hi. Curba se obine unind perechile de valori )f,H(i

    1jji

    =

    unde:

    Hi reprezint cota curbei de nivel i; H1 cota cea mai nalt de pe cumpna apelor; Hn cota cea mai joas, respectiv cota punctului de

    nchidere a BH (figura 3.6); =

    i

    1jjf suma suprafeelor pariale dintre cota

    H1 i Hi.

    Figura 3.6 Curbe de nivel ale BH

  • 3. BAZINUL HIDROGRAFIC

    19

    n figura 3.7 este reprezentat calitativ curba hipsometric pentru bazinul din figura 3.6.

    Figura 3.7 Curba hipsometric a BH

    Curba hipsometric poate furniza informaii care s ajute la nelegerea comportamentului hidrologic al cursurilor de ap (figura 3.8).

    Figura 3.8 Diferite forme ale curbei hipsometrice

    Cazul a) reprezint o variaie altimetric regulat i un profil longitudinal regulat al cursurilor de ap.

    =

    i

    1jjf

    H

    H1

    H2

    Hi

    Hn F

    f1 f1+f2 Ffn

    1jj =

    =

    Hmed

  • HIDROLOGIE I METEOROLOGIE

    20

    Cazul b) reprezint o variaie altimetric important n partea mai nalt a bazinului urmat de o zon plan (platou). Panta foarte abrupt poate produce inundaii sau favoriza depozite de materiale solide n partea central.

    Cazul c) reprezint o pant lent n partea superioar, ceea ce ar semnala prezena unui platou nalt.

    Cazul d) reprezint o ruptur de pant indicnd o schimbare de regim de curgere.

    3.1.2.2. Altitudini caracteristice

    Altitudini maxime i minime

    Acestea pot fi obinute direct cu ajutorul hrilor topografice. Altitudinea maxim/minim reprezint punctul cel mai nalt respectiv cel mai jos al bazinului, acesta fiind considerat n general punctul de ieire din bazin. Aceste elemente intervin n calculul pantei bazinului.

    Altitudinea medie

    Prin echivalarea ariei determinate de curba hipsometric cu aria unui dreptunghi avnd ca baz suprafaa integral a BH, se obine altitudinea medie a reliefului, Hmed, ca nlime a dreptunghiului:

    i

    n

    2i

    i1imed f2

    HH

    F

    1H

    +=

    =

    (3.5)

    Altitudinea median

    Corespunde altitudinii citite n punctul de abscis egal cu 50% din suprafaa bazinului, pe curba hipsometric. Aceast mrime se apropie de altitudinea medie n situaia n care curba hipsometric prezint o pant constant.

    3.1.2.3. Panta medie a BH

    Este o caracteristic important a topografiei bazinului; furnizeaz informaii asupra timpului de parcurs a scurgerii directe.

    innd cont de figura 3.6 i de relaia:

    i

    i b

    HJ

    = (3.6)

  • 3. BAZINUL HIDROGRAFIC

    21

    unde Ji panta medie a terenului dintre dou curbe de nivel, bi limea medie a suprafeei pariale fi, H echidistana curbelor de nivel,

    n1,i ,HHH i1i == +

    rezult panta medie a BH:

    2

    1 ni i

    i

    J J fF =

    = (3.7)

    Deoarece iimed blif = , n care imedl este lungimea median a suprafeei

    if , rezult n continuare:

    =

    =n

    1iilF

    HJ (3.8)

    unde =

    n

    1iil reprezint lungimea total a curbelor de nivel din BH.

    3.2. Reeaua hidrografic

    Reeaua hidrografic (RH) este reprezentat de totalitatea cilor de concentrare a curenilor de ap de suprafa ntr-un bazin dat. Este una din caracteristicile cele mai importante ale bazinului. Se definete ca fiind ansamblul cursurilor de ap naturale sau artificiale, permanente sau temporare, care particip la curgere. Reeaua temporar (periodic) este alctuit din totalitatea vilor, vlcelelor, torenilor, rpelor, anurilor prin care se scurg apele dup ploi sau dup topirea zpezilor.

    Reeaua hidrografic poate lua diferite forme (figura 3.9). Diferenierea unei RH ia n considerare factorii geologici, climatici, antropici i panta terenului.

    Figura 3.9 Forme ale reelelor hidrografice

  • HIDROLOGIE I METEOROLOGIE

    22

    Deoarece condiiile care influeneaz curgerea apei variaz n timp, se urmrete definirea caracteristicilor permanente care rezult dintr-un echilibru considerat la scar geologic.

    3.2.1. Topologia reelei hidrografice

    Prin topologie se nelege studiul structurii unei RH, care presupune numerotarea tronsoanelor cursurilor de ap. Ordinul cursurilor de ap reprezint o clasificare care reflect ramificaia acestora. Codificarea cursurilor de ap este utilizat pentru codificarea staiilor de msur (staii hidrometrice), permind astfel o prelucrare automat a datelor (Pidwirny, 2006). Exist mai multe tipuri de clasificare a tronsoanelor cursurilor de ap i anume:

    a) Clasificarea Gravelius (1935) propune determinarea ordinului reelei pornind din aval ctre amonte, astfel:

    cursul de ap principal ordinul1,

    afluentul principal ordinul 2,

    afluentul afluentului principal ordinul 3, etc.

    n Romnia, conform Atlasului cadastrelor apelor din 1992, reeaua hidrografic este grupat i codificat n 15 bazine de ordinul 1, cu considerarea afluenilor pn la ordinul 6 inclusiv. Sunt codificate 4864 de cursuri de ap, lungimea total a acestora fiind de 78905 km (Mustea, 2005).

    b) Clasificarea Strahler (1957)

    Permite descrierea dezvoltrii reelei de drenaj a unui bazin. Definete ordinul cursurilor de ap printr-o regul simpl: orice curs de ap fr afluent este de ordinul 1. La confluena C dintre dou cursuri de ap ordinul cursului de ap din aval k se determin cu urmtoarea formul:

    ( )

    =+=

    ji ,j,imax

    ji ,1ik (3.9)

    Figura 3.10 ilustreaz modul de determinare a ordinului unei RH pe baza relaiei de mai sus.

  • 3. BAZINUL HIDROGRAFIC

    23

    Figura 3.10 Determinarea ordinului unei RH

    Un bazin are ordinul n a celui mai mare dintre cursurile sale de ap sau ordinul cursului de ap principal care ajunge la seciunea de ieire a bazinului. Ordinul n ofer indicaii privind gradul de complexitate a RH i asupra formei BH.

    3.2.2. Lungimea RH

    Un BH se caracterizeaz prin dou lungimi (figura 3.11) definite astfel:

    Figura 3.11 Lungimile caracteristice ale unui BH

    lungimea bazinului, LG, reprezint distana msurat de-a lungul cursului de ap principal de la ieire pn n punctul reprezentnd proiecia centrului de greutate al BH pe un plan (Snyder, 1938);

    lungimea cursului de ap principal, L, reprezint distana de la ieire pn la cumpna apelor, urmnd tronsonul cu ordinul cel mai mare,

  • HIDROLOGIE I METEOROLOGIE

    24

    atunci cnd apare o confluen. Dac cele dou tronsoane la confluen sunt de acelai ordin, se consider acela care dreneaz cea mai mare suprafa.

    Lungimea unei ramificaii se msoar prin distana desfurat n plan orizontal, n km, numerotai de la confluen; se determin pe hri la diferite scri, funcie de gradul de precizie urmrit. Suma lungimilor tuturor ramificaiilor formeaz lungimea RH (LT):

    ++++= === n1nk2k1kT llllL (3.10) Lungimea rurilor se poate determina pe hri (cu ajutorul curbimetrului sau a unui compas cu deschidere mic) sau direct n natur, pentru ruri mici sau n cazuri speciale (prin msurtori topometrice).

    Lungimea msurat pe hart se nmulete cu factorul de scar SL:

    LS]cm[ L]km[ L = (3.11)

    3.2.3. Densitatea RH

    Densitatea de drenaj, Dd, exprim capacitatea unei RH de a colecta un anumit volum din apele de precipitaie i subterane; depinde de caracteristicile geologice, topografice i antropice ale bazinului. Se definete ca raportul dintre lungimea total a RH i suprafaa (F) care nscrie reeaua respectiv:

    F

    LD Td = (3.12)

    Densitatea hidrografic reprezint numrul cursurilor de ap, N, pe unitatea de suprafa:

    F

    NDh = (3.13)