Francisc Grudnicki Ioan Ciornei

BAZINELE HIDROGRAFICE TORENŢIALE

2006

1

P R E F A Ţ Ă

Modelarea reliefului din bazinele hidrografice torenţiale de apele meteorice, ca efect al procesului de hidrdromorfogeneză a scoarţei terestre, implică numeroase şi complexe probleme de ordin hidrologic, ecologic şi socio-economic.

Rezolvarea acestor probleme, se realizează prin amenajarea torenţilor (corectarea torenţilor), ca activitate inginerească cu pregnant specific forestier, constând dintr-un ansamblu de măsuri şi lucrări biologice, biotehnice şi hidrotehnice, în scopul redresării regimului hidrologic şi combaterii efectelor nefaste ale proceselor torenţiale.

Deoarece fiecare bazin hidrografic torenţial este o individualitate, un unicat, adoptarea celor mai corespunzătoare soluţii inginereşti pentru amenajarea acestuia, presupune cunoaşterea riguroasă a genezei, manifestărilor şi a efectelor proceselor torenţiale caracteristice fiecărui bazin hidrografic.

Lucrarea Bazinele hidrografice torenţiale urmăreşte furnizarea acestor cunoştinţe de bază, structurate în patru capitole:

1. Modelarea reliefului, în care se redau sintetic procesele morfogenetice, factorii care determină aceste procese şi conceptele de studiu şi cercetare a modelării reliefului.

2. Geomorfologia bazinelor hidrografice torenţiale, în care bazinele sunt considerate sisteme cibernetice deschise, se tratează pluviodenudarea şi torenţializarea bazinelor, procesele torenţiale cu geneza şi mecanismele lor, efectele acestor procese şi formele specifice de modelare a reliefului.

3. Geomorfometria bazinelor hidrografice torenţiale, în care se tratează parametrii morfometrici ai versanţilor şi reţelei hidrografice ca factori de deosebită importanţă în torenţializarea bazinelor hidrografice

4. Hidrologia bazinelor hidrografice torenţiale, în care se tratează bilanţul ciclului hidrologic specific, caracteristicile şi cuantificarea: ploilor torenţiale, retenţiei superficiale, infiltraţiei în sol, scurgerii pe versanţi şi în albii, debitului maxim de viitură şi a transportului de aluviuni aferent versanţilor şi reţelei hidrografice.

Lucrarea se adresează studenţilor Facultăţilor de Silvicultură, inginerilor silvici şi tuturor celor cu preocupări în amenajarea bazinelor hidrografice torenţiale, respectiv în activităţile de reconstrucţie ecologică.

A u t o r i i

2

C U P R I N S Pagina

Prefaţa 1 1.MODELAREA RELIEFULUI 4

1.1. Procesele morfogenetice care modelează relieful 4 1.2. Factorii care determină modelarea reliefului 4 1.2.1. Factorii de natură dinamică 4 1.2.2. Factorii de natură statică 4 1.3. Denudarea scoarţei terestre 5 1.3.1. Fazele proceselor de denudare 5 1.3.2. Forţele care acţionează în procesele de denudare 5 1.4. Concepte sistemice de studiu şi cercetare în modelare 5 1.4.1. Sistemul geomorfologic al proceselor de modelare.

5 2. GEOMORFOLOGIA BAZINELOR HIDROGRAFICE TORENŢIALE 7 2.1. Bazinul hidrologic ca sistem 7 2.1.1. Bazinul hidrografic-sistem morfologic 7 2.1.2. Bazinul hidrografic-sistem cibernetic deschis 7 2.2. Bazinul hidrografic torenţial 8 2.2.1. Pluviodenudarea şi torenţialzarea bazinelor hidrografice 8 2.2.2. Factorii care determină torenţializarea bazinelor hidrografice 8 2.2.3 Efectele torenţializării bazinelor hidrografice 8 2.2.4. Caracteristicile bazinului hidrografic torenţial 9 2.2.5. Componentele morfologice ale bazinului hidrografic torenţial 9 2.3. Procesele torenţiale 10 2.3.1. Componentele procesului torenţial 10 2.3.2. Scurgerea torenţială 11 2.3.3. Eroziunea de suprafaţă 12 2.3.4. Eroziunea în adâncime 15 2.3.5. Ansamblurile care determină eroziunea torenţială 21 2.3.6. Transportul torenţial 21 2.3.7. Sedimentarea torenţială 23 2.4. Deplasările de teren 23 2.4.1. Caracteristici. Tipuri de deplasări. 23 2.4.2 Factorii care condiţionează deplasările de teren 24 2.4.3. Microrelieful deplasărilor de teren 25 2.5. Peisajul bazinelor hidrografice torenţiale 25 2.6. Vegetaţia forestieră şi procesele de modelare a reliefului 26 3. GEOMORFOMETRIA BAZINELOR HIDROGRAFICE TORENŢIALE 27 3.1. Consideraţii generale 27 3.2. Suprafaţa bazinului versant 27

3

3.2.1. Definiţia bazinului versant 27 3.2.2. Unităţile de studiu ale bazinului versant 28 3.3.Parametrii morfometrici ai bazinului versant 29 3.3.1. Parametrii morfometrici ai suprafeţei bazinului 29 3.3.2. Parametrii morfometrici altitudinali 31 3.3.3. Parametrii morfometrici ai versanţilor 33 3.3.4. Parametrii morfometrici ai reţelei hidrografice. 37 4. HIDROLOGIA BAZINELOR HIDROGRAFICE TORENŢIALE 40 4.1.Ploile torenţiale 40 4.1.1. Ciclul hidrologic 40 4.1.2. Parametrii ploilor torenţiale 40 4.2.Retenţia superficială 44 4.2.1. Retenţia în coronament 44 4.2.2. Retenţia în litieră 45 4.2.3. Retenţia în depresiunile de suprafaţă 46 4.2.4. Retenţia superficială-parametru hidrologic 47 4.3.Infiltraţia apei în sol 49 4.4.Scurgerea de suprafaţă 51 4.5 Debitul lichid maxim de scurgere 54 4.5.1.Transformarea ploii în scurgere de suprafaţă 54 4.5.2.Debit maxim. Probabilitatea de depăşire a debitului maxim 55 4.5.3.Ploaia de calcul 55 4.5.4.Calculul debitului lichid maxim 57

4.6.Transpotul de aluviuni 62 4.6.1.Indici specifici ai eroziunii şi transportului de aluviuni 62 4.6.2.Aterisarea aluviunilor transportate 64 4.6.3.Prognoza transportului mediu anual de aluviuni prin metoda

Gaspar-Apostol 66 4.6.4.Gradul de torenţialitate al bazinelor hidrografice 75 Bibliografie selectivă 76

4

1.M O D E L A R E A R E L I E F U L U I 1.1. PROCESELE MORFOGENETICE CARE MODELEAZĂ RELIEFUL.

Suprafaţa terestră este supusă în permanenţă modelării datorită proceselor morfogenetice,

care creează diverse forme de relief. Această modelare se desfăşoară în spaţiu şi timp, sub acţiunea corpurilor materiale

purtătoare de energii, urmare complexului de acţiuni şi interacţiuni a unor factori endogeni şi exogeni. Principalele procese morfogenetice care modelează relieful sunt: -Procese de eroziune (denudare) -Procese de transport (deplasare) -Procese de sedimentare (îndesare) Aceste procese morfogenetice, se găsesc de cele mai multe ori asociate în aceiaşi zonă,

influenţându-se reciproc. 1.2. FACTORII CARE DETERMINĂ MODELAREA RELIEFULUI.

Factorii care determină modelarea reliefului, se pot clasifica după diverse criterii. O

clasificare relevantă este redată în continuare. 1.2.1..FACTORI DE NATURĂ DINAMICĂ. 1.2.1.1. FACTORI ENDOGENI: -Erupţiile vulcanice -Mişcările diastrofice ale scoarţei -Câmpul gravitaţional terestru -Deplasările de teren în masă. 1.2.1.2. FACTORI EXOGENI. -Precipitaţiile (apele meteorice), care prin scurgerea lor produc eroziune terestră denumită şi

pluviodenudare. -Acţiunea vântului, care determină eroziunea eoliană. -Acţiunea valurilor, care determină eroziunea marină, denumită şi abraziune. -Acţiunea avalanşelor, care determină eroziunea nivală. -Acţiunea gheţarilor, care determină eroziunea glacială. -Acţiunea vieţuitoarelor care prin diverse forme (galerii, canale, muşuroaie, etc.) distrug

structura solului, deteriorând proprietăţile hidrofizice. -Activităţile antropice, cum sunt gospodărirea fondului funciar, diverse lucrări (construcţii,

excavaţii, explozii, etc.) 1.2.2. FACTORI DE NATURĂ STATICĂ (relativ statică). -Geomorfometria terenului (panta, altitudinea, suprafaţa, forma, lungimea, expoziţia, etc.) -Poziţia geografică a terenului. -Proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor. -Gradul de alterare al scoarţei. -Gradul de acoperire al terenului cu vegetaţie.

5

1.3. DENUDAREA SCOARŢEI TERESTRE.

1.3.1. FAZELE PROCESELOR DE DENUDARE.

Denudarea (eroziunea) scoarţei terestre, ca proces complex, constă în deplasarea maselor friabile de la niveluri gravitaţionale mai ridicate, la niveluri mai coborâte.

Acest proces se înscrie în tendinţa generală de realizare a unei stări de echilibru (în sens relativ), între factorii care determină procesele de denudare.

În desfăşurarea proceselor de denudare se disting următoarele faze: -Faza pregătitoare- constă în transformarea maselor compacte în mase friabile. -Faza îndepărtării- constă în desprinderea maselor friabile. -Faza transportului- de la locul de desprindere la locul de depunere (sedimentare), situat la

niveluri mai coborâte. -Faza de depunere (sedimentare)- a maselor în funcţie de dimensiunile lor, la niveluri cu

grad de stabilitate mai ridicat. 1.3.2. FORŢELE CARE ACŢIONEAZĂ ÎN PROCESELE DE DENUDARE. 1.3.2.1 FORŢE MOTRICE.

Forţa motrică care determină denudarea este gravitaţia, care acţionează în mod direct sau

prin intermediu unui mediu, cum este apa sub diferitele ei forme, aerul , etc. 1.3.2.2. FORŢE REZISTENTE. - Forţa de frecare- dintre masa friabilă şi suprafaţa de deplasare, cât şi frecarea interioară

dintre elementele componente ale masei friabile. - Coeziunea- dintre elementele masei friabile. - Vegetaţia- prin rolul ei stabilizator şi mărirea rezistenţei maselor friabile, prin protecţia

impactului picăturilor de ploaie şi scurgerea apelor, prin reglarea regimului hidrologic, etc. 1.4. CONCEPTE SISTEMICE DE STUDIU ŞI CERCETARE ÎN MODELARE

1.4.1. SISTEMUL GEOMORFOLOGIC AL PROCESELOR DE MODELARE. Procesele de modelare a reliefului, prin triada eroziune –transport –sedimentare, se înscriu în

geometria versanţilor, prin schimbarea morfologiei reliefului şi prin schimbările pronunţate de ordin morfometric.

Aceste schimbări se produc în funcţie de forţele motrice şi forţele de rezistenţă, care iau parte la declanşarea şi derularea proceselor în spaţiu şi timp.

Prin prag geomorfologic se înţelege un prag de stabilitate al formelor de relief, care este depăşit, fie prin schimbări intrinsece ale reliefului însăşi, fie prin schimbări progresive ale unei variabile externe (Schumm 1979). De aici şi conceptul de prag geomorfologic. Schumm distinge astfel două tipuri de prag geomorfologic:

-Prag geomorfologic intrinsec- când schimbările din sistem se datorează numai forţelor din sistem, ca o consecinţă a evoluţiei sistemului.

-Prag geomorfologic extrinsec- când schimbările progresive ale unei variabile externe atrag schimbări bruşte ale sistemului, forţele acţionând din afară.

Fiecare sistem natural există ca o unitate de sine stătătoare, cât şi ca o parte integrantă dintr-o unitate de ordin superior. Organizarea ierarhică a sistemelor înseamnă că toate sunt părţi în cadrul sistemului de ordin mai mare şi că toate includ subsisteme de ordin mai mic. Astfel toate sistemele sunt influenţate nu doar de procesele de la propriul nivel de ierarhie, ci şi de cele care acţionează la nivelul sistemelor mai mici pe care le include (H.J.Haigh 1989).

In condiţiile naturale ale suprafeţei terestre sunt relevante trei categorii de sisteme:

6

1.4.1.1. SISTEMUL MORFOLOGIC. Sistemul morfologic care în esenţă redă relaţiile dintre forme şi variabilele morfologice. În

cazul suprafeţelor de versant, variabilele morfometrice, de compoziţie şi rezistenţă, constituie subsisteme ale sistemului de versant.

In sistemul morfologic în stabilirea variabilelor se cunosc două tehnici: -măsurători morfometrice- cu statistici descriptive; -cartarea geomorfologică- cu statistici mai mult calitative. Adăugarea la aceste au unor variabile referitoare la proprietăţile fizico-mecanice, duc la un

grad superior de analiză a sistemului. 1.4.2.1. SISTEMUL ÎN CASCADĂ. Sistemul în cascadă este imaginat ca un traseu interconectat la transportul de masă şi

energie, împreună cu stocajele care le poate solicita sistemul (R.J.Huggett 1985). Această noţiune se referă la procesele ce acţionează asupra formelor. Relaţiile dintre subsistemele unui sistem, sunt acelea care stabilesc faptul că ieşirile dintr-un subsistem corespund cu intrările în altul. Între intrări şi ieşiri, existenţa unui regulator, poate opera în aşa fel încât o parte din masă şi energie să rămână stocată. Rezultă că sistemul în cascadă redă fluxul de masă şi de energie.

1.4.1.3. SISTEMUL PROCES-RĂSPUNS. Sistemul proces-răspuns (sau sistemul proces-formă după Strahler) exprimă relaţia dintre

formă şi procese ca o interacţiune realizată pe două căi: procesele alterează forma, care odată schimbate alterează procesele. Relaţia proces-răspuns se află în centrul atenţiei geomorfologiei cât şi în practică, cele două căi sunt atât de legate, încât problema cauză-efect poate prezenta trăsăturile proverbiale ale oului şi găinii (R.L.Charley 1962).

Un sistem proces-răspuns exprimă relaţiile dintre un sistem morfologic şi unul în cascadă pe care le cuprinde.

In acest sistem fiecare variabilă morfometrică va lua valori în funcţie de tranzitul de masă şi energie. Ca urmare a operaţiilor din sistem, variabilele morfologice ajung să aibă noi mărimi, care formează stadiul iniţial pentru fazele următoarelor operaţii.

1.4.1.4. CONCLUZIE.

Se defineşte sistemul geomorfologic ca o structură de forme şi procese aflate în

interacţiune, care funcţionează individual şi în comun pentru a asigura un complex de reliefuri. El este format dintr-un sistem morfologic şi un sistem în cascadă. Primul sistem redă relaţiile dintre formă şi variabilele morfologice, al doilea sistem redă fluxul de masă şi fluxul de energie. În analiza unui sistem geomorfologic trebuie să se ţină seama de scara timp şi spaţiu (I.Ichim).

Numărul variabilelor într-un sistem geomorfologic este foarte mare. Pentru descrierea, cercetarea şi analiza sistemului trebuie determinate şi luate în considerare un număr suficient de mare de variabile cât mai reprezentative.

7

2. G E O M O R F O L O G I A B A Z I N E L O R H I D R O G R A F I C E T O R E N Ţ I A L E 2.1. BAZINUL HIDROGRAFIC CA SISTEM. 2.1.1. BAZINUL HIDROGRAFIC – SISTEM GEOMORFOLOGIC. Cea mai simplă identificare şi delimitare a unui sistem geomorfologic este cea a sistemului

morfologic fluvial. Sistemul morfologic fluvial este delimitat de cumpăna apelor de suprafaţă (cumpăna

topografică). In acest sistem, întregul flux de materie şi energie este direcţionat gravitaţional, dar

întotdeauna influenţat de starea din aval al sistemului, deci sistemul în cascadă. In accepţia FAO: bazinul hidrografic sau bazinul de versant este teritoriul de pe care o

formaţiune hidrologică (fluviu, râu, părău, torent, ravenă, etc.) îşi colectează apele, fiind despărţit de bazinele învecinate de cumpăna apelor.

Rezultă că un bazin hidrografic este un sistem geomorfologic, format dintr-un sistem morfologic fluvial şi un sistem în cascadă.

2.1.2. BAZINUL HIDROGRAFIC - SISTEM CIBERNETIC DESCHIS.

Din cele expuse, rezultă că un bazin hidrografic nu poate fi considerat numai ca o simplă suprafaţă de teren, el trebuie considerat ca un organism fizico-geografic, ca un sistem geomorfologic fluvial. Datorită conexiunilor pe care le are acest sistem cu mediul înconjurător, bazinul hidrografic este un sistem cibernetic deschis, cu sisteme (ansambluri) şi subsisteme (subansambluri) de diferite ordine, ierarhizate după legi naturale şi integrate funcţional, în limitele cărora se stabilesc multiple conexiuni complexe.

Denumirea de sistem cibernetic deschis se datorează faptului că între bazinul hidrografic şi mediul înconjurător au loc în permanenţă schimburi de materie şi energie, care fac parte din procesele complexe de modelare a reliefului

2.1.2.1. INTRĂRI (INPUT-URI) DE MATERIE ŞI ENERGIE IN BAZIN.

a) Intrări de materie: - afluxul de apă (precipitaţii, apă subterană, condensarea vaporilor, etc.); - afluxul de materie solidă (praf, nisip, etc.) adus de curenţii de aer;

b) Intrări de energie: - afluxul de energie solară (calorică, luminoasă); - afluxul de energie cinetică, datorită maselor de aer în mişcare cu viteză mare; - energia mecanică a câmpului gravitaţional (care influenţează viteza apei,

eroziunea, alunecările de teren, etc.); - suplimentul de energie potenţială, datorită coborârii treptate a nivelului de bază a

cursului de apă; - lucrări executate, cu influenţă asupra raportului dintre energia potenţială şi

energia cinetică. 2.1.2.2. IEŞIRI (OUTPUT-URI) DE MATERIE ŞI ENERGIE DIN BAZIN.

a) Ieşiri de materie: - masele de apă evacuate din bazin în colector prin scurgerea superficială, sau

scurgerea subterană în apa freatică;

8

- masele de apă transferate artificial în alte bazine hidrografice în scop hidroameliorativ, hidroenergetic, etc.;

- masele de apă transferate prin evapo-transpiraţie; - materia solidă transportată sub forma de aluviuni, de scurgerea superficială.

b) Ieşiri de energie: - energia calorică necesară topirii zăpezii şi evaporaţiei; - energia solară radiată de suprafaţa bazinului (albedoul bazinului); - energia solară înmagazinată în orice fel de materie care iese din bazin (în special

materia vegetală); - energia potenţială specifică pierdută prin micşorarea diferenţei de nivel dintre

suprafeţele echipotenţiale extreme ale bazinului, datorită proceselor de modelare.

2.2. BAZINUL HIDROGRAFIC TORENŢIAL.

2.2.1.PLUVIOMODELAREA ŞI TORENŢIALIZAREA BAZINELOR HIDROGRAFICE.

Unul din agenţii cei mai activi şi agresivi de modelare a scoarţei terestre este apa din precipitaţii (apa meteorică),ca fiind transportatorul principal de materie şi energie, datorită răspândirii acesteia, dar mai ales datorită dinamismului ei deosebit.

Pluviomodelarea sau pluviodenudarea reliefului bazinelor hidrografice se datorează agresivităţii şi dinamismului apelor meteorice.

Modelarea versanţilor şi albiilor din bazinele hidrografice face parte din hidromorfogeneză, ca proces de contact, cu caracteristici hidrologice, geomorfologic şi hidraulice specifice fiecărui bazin.

Apele meteorice, în scurgerea lor pe versanţi şi în albii, determină fenomenele de hidroeroziune urmate de transportul şi sedimentarea materialelor erodate.

În anumite condiţii cantitative şi calitative, de transfer de materie şi energie, pluviodenudarea, ca proces şi efecte are forme cu caracteristici specifice, care se manifestă prin procese torenţiale, bazinele hidrografice transformându-se astfel în bazine hidrografice torenţiale.

Procesul torenţial este format din patru fenomene torenţiale: scurgerea torenţială, eroziunea torenţială, transportul torenţial şi sedimentarea torenţială, fenomene care se deosebesc radical de cele de scurgere, eroziune, transport şi sedimentare , care se manifestă în orice bazin hidrografic.

2.2.2. FACTORII CARE DETERMINĂ TORENŢIALIZAREA BAZINELOR HIDROGRAFICE. 2.2.2.1.FACTORI NATURALI:

- Regimul precipitaţiilor (caracteristicile ploilor şi scurgerii ca factor dinamic) - Caracteristicile reliefului (parametrii morfometrici) - Caracteristicile solului - Caracteristicile vegetaţiei.

2.2.2.2. FACTORI SOCIO-ECONOMICI:

- Defrişarea pădurilor - Gospodărirea necorespunzătoare a pădurilor - Agrotehnici necorespunzătoare pe versanţi - Păşunatul abuziv - Diverse lucrări.

2.2.3. EFECTELE TORENŢIALIZĂRII BAZINELOR HIDROGRAFICE

- Eroziunea solului şi pierderea fertilităţii - Împotmolirea terenurilor cu aluviuni - Colmatarea lacurilor de acumulare şi a diverselor obiective - Avarierea şi chiar distrugerea construcţiilor

- Declanşarea alunecărilor de teren - Inundarea suprafeţelor de teren - Distrugerea habitatului - Deteriorarea peisajului, bazinele hidrografice torenţiale fiind segmente alterate ale

mediului înconjurător.

2.2.4. CARACTERISTICILE BAZINULUI HIDROGRAFIC TORENŢIAL

Principalele caracteristici ale bazinului hidrografic torenţial sunt: - Din punct de vedere al transferului de materie şi energie, în bazinele hidrografice torenţiale,

există un dezechilibru pronunţat între intrările şi ieşirile apelor meteorice ce se scurg pe versanţi şi reţeaua hidrografică.

- Din punct de vedere hidrologic, debitele cresc brusc şi violent. - Scurgerea apei, denumită scurgere torenţială, datorită caracteristicilor hidraulice, şi în

special a fluxului de energie cinetică mare are o capacitate distructivă foarte mare. - Procesele torenţiale, creează în spaţiu şi timp, forme specifice de modelare a reliefului,

denumite formaţiuni torenţiale, care reflectă la un moment dat, gradul (intensitatea) de torenţializare a bazinului hidrografic.

- Efectele torenţializării bazinelor hidrografice sunt deosebit de nefaste atât pe plan ecologic cât şi cel socio-economic.

S.A.Munteanu a definit bazinul hidrografic torenţial astfel: Bazinul hidrografic torenţial este bazinul unde s-a produs un dezechilibru hidrologic

avansat, respectiv un dezechilibru între precipitaţiile căzute şi cantitatea de apă care se scurge în unitatea de timp, pe versanţi şi reţeaua hidrografică, cu consecinţe grave asupra distrugerii stratului de sol şi transportului de aluviuni.

2.2.5. COMPONENTELE MORFOLOGICE ALE BAZINULUI HIDROGRAFIC

TORENŢIAL (fig.2.1) 2.2.5.1. BAZINUL DE RECEPTIE Bazinul de recepţie este suprafaţa de

teren, de pe care formaţiunea hidrologică îşi colectează apele şi care este despărţită de bazinele învecinate de cumpăna apelor de suprafaţă (cumpăna topografică), care formează o curbă închisă.

Procesele predominante în cuprinsul bazinului de recepţie sunt cele datorate pluviomodelării, respectv procesle torenţiale asociate de multe ori alte procese de degradare a terenului (alunecări. surpări, etc.)

9

uviale.

2.2.5.2. REŢEAUA HIDROGRAFICĂ Reţeaua hidrografică este partea

mijlocie a bazinului care tranzitează scurgerile apelor pl

Fig.2.1 Componentele morfologice ale bazinului hidrografic torenţial

Reţeaua hidrografică este formată din: albia (canalul) principal şi ramificaţii (afluenţi)

Reţeaua hidrografică se caracterizează prin specificul profilelor longitudinale şi secţiunilor transversale, în care predomină fenomenul de eroziune în adâncime (eroziune de fund şi de maluri).

2.2.5.3. VERSANŢII BAZINULUI Versanţii bazinului sunt suprafeţele cu pantă, având diferite forme, limitate de cumpenele

apelor şi reţeaua hidrografică. Pe versanţi se manifestă eroziunea de suprafaţă, evoluând la eroziunea în adâncime. 2.2.5.4. CONUL DE DEJECŢIE Conul de dejecţie denumit şi vărsătură sau agestru, este situat în regiunea inferioară a

torentului şi este depozitul de aluviuni de tip-proluvial. Acesta este rezultat din sedimentarea materialelor erodate prin suprapunerea succesivă de

straturi aluvionare, care se învelesc ca nişte solzi In timp ce bazinul şi albiile reţelei hidrografice sunt forme de eroziune concave (negative),

conul de dejecţie este o formă convexă (pozitivă) de depunere, care se aseamănă cu jumătate de con, specific numai torenţilor.

2.3. PROCESE TORENŢIALE 2.3.1. COMPONENTELE PROCESULUI TORENŢIAL.

S-a arătat că modelarea bazinelor hidrografice de câtre apă, este unul din procesele de hidromorfogeneză cele mai răspândite.

În bazinele hidrografice torenţiale se manifestă procese cu caracteristici specifice, denumite procese torenţiale.

Procesul torenţial este format din cele patru fenomene torenţiale (Fig.2.2) - Scurgerea torenţială (viitura torenţială) - Eroziunea torenţială (eroziunea de suprafaţă şi eroziunea în adâncime) - Transportul torenţial - Sedimentarea torenţială

Fig. 2.2. Componentele procesului torenţial Aceste patru fenomene ale procesului torenţial, se află în spaţiu şi timp, într-o permanentă

interconexiune Din cele patru fenomene ale procesului torenţial, cel mai reprezentativ fenomen este

scurgerea torenţială sinonimă cu viitura torenţială, termen folosit într-o accepţie restrânsă cu procesul torenţial, termen justificat de faptul că scurgerea torenţială este componenta fundamentală a procesului torenţial, fără de care acest proces nu poate exista.

Pe aceiaşi suprafaţă de teren, pe care are loc o scurgere torenţială, are loc întotdeauna şi eroziunea accelerată.

Prin amplificarea fenomenului de scurgere torenţială, se intensifică eroziunea, transportul şi sedimentarea torenţială, adică tot procesul torenţial cu consecinţele aferente.

Scurgerea torenţială este un fenomen tipic hidrologic, cu caracteristicile sale specifice.

10

11

Eroziunea caracterizează comportamentul solului sau a rocii faţă de scurgerea apei. Fenomenul de eroziune se manifestă în mod continuu, gradat şi progresiv la orice ploaie, nu

numai la ploile torenţiale, pe când viitura torenţială se produce brusc, violent şi intermitent numai la ploile torenţiale.

Fenomenele torenţiale se deosebesc şi prin natura prejudiciilor pe care le creează, dar şi prin tehnicile lucrărilor de prevenire şi combatere.

2.3.2. SCURGERA TORENŢIALĂ (VIITURA TORENŢIALĂ) 2.3.2.1. CARACTERISTICA SPAŢIO-TEMPORALĂ A SCURGERII TORENŢIALE. Ploile, cu sau fără topirea zăpezilor, produc: - Scurgerea de suprafaţă (areală) pe versanţi, care constă într-o scurgere difuză, care are ca

efect eroziunea de suprafaţă, care se manifestă prin distrugerea stratului de sol, antrenându-l în scurgerile concentrate.

- Scurgerea concentrată pe versanţi, având ca efect eroziunea în adâncime, respectiv de geneză a ravenării, care creează formaţiunile torenţiale minore (rigole, ogaşe, ravene)

- Scurgerea concentrată în albii, ca etapă calitativ superioară a scurgerii concentrate şi a eroziunii în adâncime, cu formaţiuni torenţiale majore (torenţi, păraie torenţiale)

2.3.2.2. CARACTERISTICILE FIZICE ALE APEI DIN SCURGEREA TORENŢIALĂ. Apa pluvială, în contact cu terenul, în mişcarea sa turbulentă, prin eroziune se încarcă cu

materialul dislocat şi antrenat, formând un amestec, devenind astfel un fluid polifazic. Neglijând în acest amestec, substanţele dizolvate sub formă moleculară, apa curgătoare este

considerată un lichid bifazic, cu mediu continuu, omogen şi anizotrop, format din faza lichidă, ca mediu continuu de dispersare, şi faza solidă ca mediu dispersat de suprafeţe continue.

Rezultă că debitul lichid conţine şi o componentă solidă, care schimbă proprietăţile acestuia, inclusiv cele energetice.

Turbiditatea sau coeficientul de încărcare a apei cu aluviuni poate ajunge la valori mari. Apa se încarcă cu aluviuni de toate mărimile, de la fracţiuni de argilă şi nisip, până la blocuri

de piatră de zeci de metri cubi. Astfel scurgerile torenţiale se pot transforma în curenţi de lavă noroioasă (lahar) cu o greutate volumetrică de 1,5…1,8 ori mai mare ca a apei limpezi, sau în curenţi de apă de piatră, cu conţinut predominant de pietriş şi bolovani.

2.3.2.3. CARACTERISTICILE HIDRAULICE ALE SCURGERII TORENŢIALE

Scurgerea torenţială din bazinul hidrografic este o mişcare: - cu suprafaţă liberă, după criteriul tubului de curent; - neuniformă, după modul de desfăşurare a liniilor de curent; - nepermanentă, după criteriul variaţiei în timp a presiunii şi vitezei; - eterogenă, după criteriul mărimii vitezei relative; - în regim rapid (torenţial), după criteriul Froude (Fr>1) - pulsatorie, datorită caracterului turbulent al mişcării; - cu un debit cu creşteri bruşte, maximul putând fi atins chiar în câteva zeci de secunde.

2.3.2.4. CARACTERISTICA ENERGETICĂ A SCURGERII TORENŢIALE. Sistemele naturale există ca urmare şi a schimbărilor energetice. Oricărui fenomen îi corespunde şi o schimbare energetică, deci s orice fenomen poate fi măsurat cu aceeaşi unitate de măsură, şi anume cea energetică. Scurgerea torenţială este fenomenul cu cea mai mare energie morfodinamică. Baza energetică a hidrogenezei este constituită din transformarea surplusului de energie potenţială în energie cinetică.

In cazul mişcării uniforme fluxul de energie E al curentului într-o secţiune transversală a albiei este

)2

(2

gVhzQE αγ ++= = Ep + Ec (2.1)

unde γ = greutatea specifică a apei cu aluviuni; Q = debitul din secţiune; z = energia specifică potenţială de poziţie; h = energia specifică de presiune; α = coeficientul lui Coriolis; V = viteza medie din secţiune; g = acceleraţia gravitaţională; αV2/2g = energia specifică cinetică

- Fluxul total energie potenţială este Ep = γQ(z + h) (2.2) - Fluxul de energie cinetică este

Ec = AVg2AQ.

g2QV

g2 23

2 γαγαγα == 3 (2.3)

unde A = suprafaţa udată a secţiunii. Din aceste relaţii rezultă în mod evident capacitatea distructivă a scurgerii torenţiale. 2.3.3. EROZIUNEA DE SUPRAFAŢĂ. 2.3.3.1. MECANIMUL EROZIUNII DE SUPRAFAŢĂ. Eroziunea solului produsă de ploaie depinde de : caracteristicile ploii, proprietăţile fizico-

mecanice ale solului, parametrii morfometrici ai terenului şi de gradul de acoperire cu vegetaţie. Impactul picăturilor de ploaie este deosebit de puternic. Picăturile de ploaie care ating solul au

o energie cinetică de 1000 ori mai mare de cât cantitatea care se scurge lamelar pe suprafaţa terenului. Majoritatea ploilor torenţiale erozive au picături cu diametre cuprinse între 1 mm şi 4mm

(V.Băloi, V.Ionescu,1986) Dimensiunile picăturilor se modifică în timpul căderii. Picăturile cu diametrul până la 2,9 mm

au forma sferică, cele cu diametru mai mare au forma caracteristică de picătură. Picăturile cu diametrul mai mare de 6 mm se sparg în timpul căderii datorită rezistenţei aerului.

Vitezele limită de cădere a le picăturilor de ploaie în atmosferă calmă (Gunn, Knizer, Laws) sunt redate în tabela 2.1.

Vitezele limită de cădere a picăturilor de ploaie Tabela 2.1.

Diametrul picăturii mm 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0Viteza limită m/s 2,1 4,0 6,5 8,1 8,8 9,1 9,2

Viteza de cădere se modifică în condiţii de vânt, mai ales când acesta este în rafale. In cazul picăturilor mari, energia lor cinetică creşte cu până la 30%.

Pentru masa picăturilor dintr-o ploaie torenţială forţa de impact a tuturor picăturilor este:

(2.4) 2in

1i dvF ∑=

unde vi = viteza picăturii, di = diametrul picăturii Energia de impact a ploii torenţiale este:

Ec = 2in

1ivm2

1∑ (2.5) unde mi = masa picăturii. Mecanismul eroziunii sub acţiunea impactului picăturilor de ploaie , are următoarele faze:

- impactul şi distrugerea agregatului; - împroşcarea spre lateral a particulelor de sol; - aterizarea materialului împroşcat; - desprinderea particulelor de câtre apa care se scurge; - antrenarea materialului desprins de apa în mişcare; - transportul şi sedimentarea materialului erodat.

12

13

Eroziunea de suprafaţă se datorează în esenţă scurgerii difuze (lamelare) a curenţilor de apă pe versanţi, proveniţi din apele meteorice. Această scurgere laminară nu este o scurgere absolută, ci o scurgere a apei sub formă de firicele, şiroaie elementare, care sunt foarte dese, care se întretaie şi se despart continuu, a căror spaţii dintre ele dispar treptat.

Eroziunea progresează în spre profunzimea solului cu aceiaşi intensitate pe suprafeţe relativ mai întinse.

Comportamentul hidrodinamic al curenţilor de particule şi agregate de sol, depinde de mărimea particulelor, de raportul dintre faza lichidă şi faza solidă, rugozitate, viteză, debit.

2.3.3.2. INTENSITATEA EROZIUNII

Intensitatea eroziunii poate fi apreciată după mai multe considerente: 1. După aspectul dinamicii procesului avem:

- Eroziune accelerată (eroziune de intensitate mare sau eroziune periculoasă), la care volumul de sol erodat o anumită perioadă de timp We, depăşeşste volumul de sol format în aceiaşi perioadă Wf, adică We > Wf.

- Eroziune lentă (eroziune de intensitate redusă sau eroziune admisibilă, tolerabilă, compensată, imperceptibilă) când volumul de sol erodat este egal sau ceva mai redus ca volumul de sol format în acelaşi timp, adică We = Wf

2. In funcţie de greutatea solului erodat, FAO stabileşte în 1974, următoarele patru clase de intensitate:

-Eroziune neapreciabilă şi slabă . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 10 t/ha an - “ moderată. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 – 50 ” - ” puternică. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 – 200 “ - “ excesivă. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . > 200 “

3. In funcţie de volumul erodat, D.Zachar clasifică eroziunea de suprafaţă astfel: -Fără eroziune. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 0,5 m3/ha an sol sau rocă

-Eroziune slabă . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,5 – 5 “ alterabilă - “ moderată . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 – 15 “ - “ puternică . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 – 50 “ - “ foarte puternică . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 –200 “ - “ catastrofală . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . > 200 “

4. In funcţie de orizontul rămas la suprafaţă, clasificare adoptată în silvicultură a ICPA 1980, cu cele cinci grade de eroziune (Tabela 2.2)

5. In funcţie de suprafaţa erodată din suprafaţa totală luată în considerare. 2.3.3.3. MICRORELIEFUL TERENURILOR CU EROZIUNE DE SUPRAFAŢĂ.

Pe soluri formate pe roci moi, cu eroziune nu prea avansată (e1- e3),suprafaţa terenului nu are modificări esenţiale. Sub raportul gradului de acoperire cu vegetaţie, aceasta se răreşte cu cât gradul de eroziune creşte. Pe solurile erodate excesiv vegetaţia lipseşte.

Pe terenurile erodate datorită picăturilor de ploaie, fără vegetaţie, aspectul terenului se caracterizează prin mici adâncituri, rămase după îndepărtarea particulelor fine de sol, şi cu ridicături reprezentate de particulele grosiere. Pe solurile scheletice, sunt îndepărtate mai întâi particulele de sol fine, rămânând la suprafaţă fragmentele de rocă sub formă de pietriş rezidual.

La eroziunea de suprafaţă, se ataşează în mod curent o altă categorie de degradare a terenului, prin fenomenul de îndesare a solului prin păşunat. Astfel solul poate fi bătătorit relativ uniform, sau sub formă de cărări de vite, distribuite pe curbe de nivel, fiind favorizată astfel eroziunea de suprafaţă, apoi evident eroziunea în adâncime.

În mod curent, formele incipiente de eroziune în adâncime, respectiv şiroirile care au adâncimi sub 0,2 m, sunt încadrate la eroziunea de suprafaţă. Aceste forme constituie trecerea de la eroziunea de suprafaţă la eroziunea în adâncime.

Gradele de eroziune de suprafaţă

(Indrumările tehnice pentru cartarea şi împădurirea terenurilor degradate - 1993)* Tabela (2.2)

Gradul de eroziune a solului

Orizontul rămas la suprafaţă prin eroziune la soluri cu profil:

Simbol Apreciere A – AC - C A – B - C A – E – B - C

Tipul genetic de sol

0 1 2 3 4 5 e0 Neerodat sau

cu eroziune neapreciabilă (slabă)

Am>25 cm Au >25 cm Ao >20 cm

Am>25 cm Au >25 cm Ao >20 cm

Am>25 cm Au >25 cm Ao >15 cm

Orice sol neafectat sau afectat slab de eroziune cu excepţia erodisolurilor protosolurilor aluviale şi antropice, solurilor aluviale şi coluvisolurilor

e1 Moderat erodat

Am=15-25 cm Au =15-25 cm Ao =15-20 cm

Am=15-25 cm Au =15-25 cm Ao =15-20 cm

El sau Ea=15 cm sau Ao=15cm

Idem, dar soluri afectate moderat de eroziune

e2 Puternic erodat

Ao < 2o cm AB(A) < 15 cm A < 15cm

EB sau E+B El(Ea)

2.3.4. EROZIUNEA ÎN ADÂNCIME.

2.3.4.1. MECANISMUL EROZIUNII ÎN ADÂNCIME Eroziunea în adâncime, produsă de apă, ca proces complex, constă în esenţă, în progresarea

rapidă a eroziunii în profunzime, depăşind de cele mai multe ori stratul de sol, înaintând mult în substratul litologic.

Eroziunea în adâncime este cauzată în principal de agresivitatea scurgerii curenţilor de apă din ploi torenţiale şi topirea bruscă a zăpezii, concentraţi după anumite direcţii, cu o creştere bruscă şi violentă a debitelor, având o energie cinetică deosebit de mare şi cu efecte distructive.

Eroziunea în adâncime, spaţial se manifestă atât în perimetrul unde cade ploaia torenţială, şi unde se manifestă şi eroziunea de suprafaţă, cât şi în continuare în albia din aval din afara perimetrului ploii, unde eroziunea de suprafaţă nu premerge şi nici nu este simultană cu eroziunea în adâncime. Prin creşterea bruscă şi violentă a debitelor, care antrenează importante cantităţi de material solid, în mecanismul eroziunii în adâncime se disting (fig,2.4):

- eroziune de fund a albiilor, care modifică cotele talvegului, respectiv profilul longitudinal; - eroziunea laterală (a malurilor), care lărgeşte albia; - surparea malurilor, ca o consecinţă a eroziunii de fund şi laterale; - eroziunea regresivă, prin care obârşia albiei avansează în spre amonte. lungimea albiei

mărindu-se. Rezultă că eroziunea de fund şi eroziunea laterală modifică permanent secţiunile transversale

ale albiilor, iar eroziunea de fund şi cea regresivă modifică profilele longitudinale aferente.

Depunere

Eroziune de fund şi eroziune laterală

Eroziune regresivă

Fig.2.4. Mecanismul eroziunii în adâncime

15

16

.4.2. INTENSITATEA EROZIUNII ÎN ADÂNCIME.

2.3

Intensitatea eroziunii în adâncime, poate fi exprimată în funcţie de diverse criterii. In funcţie de volumul erodat pe km de albie, D.Zachar clasifică eroziunea în adâncime astfel:

tă

- “ excepţională . . . . . . . . . . . . . . . . ..> 10000 “ “ “ “

.3.4.3. FORMELE EROZIUNII ÎN ADÂNCIME. CLASIFICARE.

zvoltare, manifestările pe plan hidrologic şi hidraulic, natura şi

i realităţi singulare la un mom ică continuu.

Oormaţii) torenţiale minore, care cuprind în ordinea evoluţiei:

ca efect . renţiale majore, care cuprind în ordinea evoluţiei:

pe se manifestă de cele mai multe ori simultan, în unele cazuri mai greu de diferenţiat în mod precis.

.3.4.4. RIGOLELE.

Rigolele sau şanţurile de şiroire sunt formaţiuni torenţiale minore cu o adâncime de 0,2…0,5 m.

ate unele de altele, orientate după linia de cea mai mare pantă, sa

obicei rigolele nu au o legătură directă cu reţeaua hidrografică şi nu prezintă conuri de depunere

igolele pot fi îndepărtate prin lucrări agricole obişnuite.

.3.4.5. OGAŞELE.

ltate din evoluţia eroziunii în adâncime din rigole, fo

or V şi U. onfluenţe şi conuri de material solid.

. . . . . . 30 m - “ dese “ . . . . . 5 - 30 m - “ foarte dese “ O

17

.3.4.6. RAVENELE.

ni torenţiale cu o adâncime mai mare de 2,0 m, care pot atinge în lăţime m

nele pot avea ramificaţii şi au conuri de dejecţie când nu se varsă direct în reţeaua hidrogra

ială (lungime, adâncime, lăţime), datorită accesului şi

zinenei.

eregularităţi în plan, cu intrânduri

cteristic

bârşie;

festă o extinde

- u se. pot îndepărta cu lucrări agricole obişnuite.

2.

sifica după următoarele criterii:

2 2.3.4.6.1. COMPONENTELE ŞI CARACTERISTICILE RAVENELOR Ravenele sunt formaţiuai multe zeci de metri. Ravenele provin de obicei din intensificarea eroziunii în adâncime din ogaşe. Ravefică. Elementele componente ale ravenelor sunt (fig.2.5):

- Vârful sau obârşia care au forma unui abrupt, denumită râpă de obârşie. Vârful ravenei este zona critică cu rata maximă de dezvoltare spaţagresivităţii apei de pe suprafaţa de recepţie. Rezultă că vârful ravenei pre tă energia

unere)

ie, care

i al ravenelor

ite, adesea

re rapidă în Fig.2.5.

Vâ

Vârful (obârşia) ravenei principale maximă de dezvoltare a rav

- Talvegul ravenei. - Taluzurile de mal, care prezintă

numeroase nrful ravenei

secundare

şi ieşinduri. Ravena - Gura ravenei.

- Conul de dejecţie (zona de depsecundară

Ravena

care de obicei coincide cu gura ravenei. - Apexul conului de dejecţ

reprezintă nivelul de bază al ravenei. Pentru ravene există diverse definiţii. Principalele cara

principală

Taluz de l(M.Rădoane) sunt:

- canalele cu maluri povârn Talvegcu un abrupt pe punctul de o Conul de

- scurgere efemeră; dejecţieApex- prezintă numeroase praguri în talveg;

- se maniul

Gura raveneiFig.2.5. Componentele raveneizona de obârşie;

- secţiunile transversale în formă de V şi U; n 3.4.6.2. CLASIFICAREA RAVENELOR Ravenele se pot cla- După adâncime: -Ravene mici 2 – 5 m adâncime

> 10 m „ - „ mijlocii 5 – 10 m „ - „ mari- După lungime: -Ravene scurte 1000 m “ - “ lungi 300 –1000 m “ - După mărimea suprafeţei de recepţie: - Ravene cu bazine mici 100 ha

18

- După gradul de torenţialitate (este luat în considerare debitul lichid specific cu asigurarea de 1% ş

n ha le 40 –320 „ 4 – 32 „

>320 „ > 32 „

i debitul solid specific mediu anual, în concordanţă cu criteriul de clasificare FAO): Debitul lichid Eroziunea specifică specific medie - Ravene netorenţiale

19

menajarea acestor terenuri, respectiv combaterea eroziunii în adâncime, implică o serie de problem ăţii mecanismului, formelor, cât şi a lucrărilor biologice, biotehnice şi în special a celor hidrotehnice ce trebuie adoptate.

iale majore. rin noţiunea de torent se înţelege în general un curs (canal) de apă, cu scurgere

intermite în tot cursul anului, cu caracteristici morfologice, morfometrice

CI PRINCIPALE.

logice

Ae, datorită complexit

2.3.4.7. TORENŢII. 2.3.4.7.1. DEFINITIE.

Torenţii sunt formaţiuni torenţPntă, mai rar cu scurgere permanentă

şi hidrologice specifice. 2.3.4.7.2. CARACTERISTI Componentele morfo sunt:

nul de dejecţie.

- bazinul hidrografic; - canale de scurgere; - coCaracteristicile mofometrice specifice sunt: - suprafaţa bazinului hidrografic relativ redusă, de ordinul sutelor de hectare sau câteva mii

de hectare; - canalele de scurgere cu pante repezi şi neregulate; - energia de relief mare - Caracteristicile hidrologice specifice : Datorită ploilor torenţiale, a topirii rapide a zăpezii, sau a ploii cu zăpadă topită: .

e au loc în general, intense fenomene torenţiale (eroziune, transport de aluviu

, valoarea numărului lui Froude este mult mai mar

ii preiau debitele lichide şi solide de pe versanţi şi din formaţiunile torenţiale minore (rigole, o

O caracteristică importantă, de luat în considerare

- debitul lichid şi debitul solid au cr4eşteri bruşte, violente şi de scurtă durată; - în canalele de scurgerni, sedimentare); - sub raport hidraulic scurgerea (viitura torenţială)e ca unitatea ( Fr > 1). - torenţgaşe, ravene) pe care le tranzitează în colectoare. - este cea a italianului A.Hofman care

preciza (

olnav în mâinile unui medic şi necesită tratament special”. ceastă caracteristică este foarte importantă pentru studiul şi analiza genezei şi evoluţiei

torenţilo ptime de amenajare a bazinelor hidrografice torenţiale şi combaterea efectelor viiturilor torenţiale.

ă de apă freatică

1936): “Fiecare torent reprezintă o individualitate, şi fiecare regiune creează un tip special de

torent”. „Fiecare bazin torenţial este un bAr, cât şi pentru stabilirea soluţiilor o

2.3.4.8. PĂRAIELE TORENTIALE. Pârâul torenţial este torentul al cărui talveg are în tot timpul anului scurgere permanentă de

apă. Urmare progresării eroziunii în adâncime, talvegul torentului interceptează o pânz, care furnizează apă în permanenţă.

Pârâul torenţial ca formaţiune torenţială majoră este forma finală de evoluţie a torentului. Procesele torenţiale, cu efectele aferente. sunt mult mai intense în păraiele torenţiale.

Trebuie remarcat faptul, că sunt foarte multe păraie din diverse zone, cu un debit foarte mic cu totul nesemnificativ pe parcursul multor ani, şi care nu prezintă caracteristici torenţiale, cu consecinţele aferente. Totuşi, la o ploaie cu intensitate mare, aceste păraie se transformă în torenţi cu o

ri. Acest aspect trebuie vut în vedere la stabilirea lucrărilor de amenajare (corectare) a torenţilor, dar mai ales la stabilirea

zonelor de risc pentru amplasarea diverselor construcţii, care ar putea fi afectate şi chiar distruse.

agresivitate hidrodinamică foarte puternică, cu distrugeri şi pagube foarte maa

20

âncime (rigole, ogaşe, ravene, torenţi), sunt în continuă transform

e relief). lui şi secţiunile transversale

ale canal

2.3.4.9. GEOMETRIA FORMELOR DE EROZIUNE ÎN ADÂNCIME. Formele de eroziune în ad

are, astfel încât configuraţia lor spaţială se modifică în timp, urmare eroziunii de fund, eroziunii laterale şi eroziunii regresive.

Variabilele principale care descriu geometria formaţiunilor torenţiale sunt: lungimea, lăţimea, adâncimea, panta şi înălţimea (energia d

Aceste elemente se regăsesc în profilul longitudinal al talveguelor formaţiunilor considerate. Talvegul este linia de maximă depresiune a unei albii (canal). Panta talvegului este elementul principal de care depinde stabilitatea patului albiei. Aşa cum s-a arătat, panta se micşorează în general dinspre amonte spre aval. In evoluţia sa, talvegul tinde spre o curbă concavă logaritmică lină, cu o pantă continuă

descrescătoare de la obârşie la vărsare (fig.2.6).

Fig.2.6. Curba logaritmică a talvegului. Una din probleme constă în determinarea pantei care poate asigura o oarecare stabilitate a

rialele dislocate pe versanţi şi cele din albie; că a

materiale

rofil de echilibru sau terminantă erozivă,

, câtre profilul de echilibru, depind de nivelul de bază (N.B.) de la partea inferioar

şi care rămâne relativ fi

ntr-o rezistenţ

bile) Înclinarea talvegului faţă de nivelul de bază influenţează intensitatea fenomenului de

eroziune. Deci oscilaţiile nivelului de bază afectează evoluţia formaţiunii torenţiale. Astfel:

patului albiei. Aceasta presupune: - un bilanţ compensat între materialul transportat şi cel depus; - un bilanţ nul între mate- o anumită echivalenţă hidraulică a materialului din albie şi compoziţia granulometrilor depuse pe versanţi; - viteza apei pe fundul albiei să fie mai mică de cât cea de antrenare a materialului solid. Aspectul limită al talvegului din figura (2.6) se numeşte pcare caracterizează un torent stins, ajuns la stadiul maturităţii sale, când are loc un echilibru

între fenomenul de eroziune şi fenomenul de transport şi depunere. Evoluţia talveguluiă a albiei (apexul) şi nivelele de bază locale (nivele de bază intermediare sau baze

intermediare de eroziune). Prin nivel de bază se înţelege planul orizontal care trece prin gura torentuluix în timpul evoluţiei geomorfologice. Este evident că fenomenul de eroziune nu poate avea loc sub nivelul de bază. Prin nivele de bază locale se înţeleg porţiunile de pe talveg care se caracterizează priă sporită la eroziune(ieşiri de roci compacte care formează praguri naturale; lucrările

hidrotehnice transversale; aluvionări puternice la gura torentului, care însă sunt mai puţin sta

- Când nivelul de bază rămâne constant, formaţiunea torenţială evoluează normal. Eroziunea se întinde în toate sensurile, se ramifică şi înaintează regresiv spre cumpăna apelor. Deci canalul de scurgere se lungeşte, lăţimea şi adâncimea lui de asemeni creşte, iar conul de dejecţie se măreşte în spre aval.

- Când nivelul de bază se ridică, de exemplu datorită unui baraj, evoluţia normală este întârziată, deoarece panta talvegului se micşorează, iar aluvionarea are loc de jos în sus. Prin aluvionarea regresivă este posibil ca activitatea torenţială să fie diminuată în aşa măsură, încât vegetaţia să se instaleze pe teren şi să se formeze astfel nivele de bază locale.

- Când nivelul de bază coboară, evoluţia normală este accelerată, datorită creşterii pantei formaţiunii torenţiale, care în acest moment ar putea fi într-un stadiu de evoluţie finală, dar ea întinereşte şi începe din nou cu o violentă eroziune regresivă.

2.3.5. ANSAMBLURILE CARE DETERMINĂ EROZIUNEA TORENŢIALĂ, Declanşarea şi extinderea eroziunii de suprafaţă şi a eroziunii în adâncime, este determinată

de o serie de ansambluri, subansambluri şi factori cu interconexiuni sistemice, redate în schema din figura (2.7.)

Notând cu: E = eroziunea pluvială; P = precipitaţiile; Sc = scurgerea; R = relieful; V =vegetaţia; G = gospodărirea terenurilor; So = solul; Ro = roca, :

Fig.2.7. Schema cu ansamblurile care determină eroziunea torenţială (adaptare după I.Bojoi)

E = f(P,Sc,R,V,G,So,Ro) (2.6) Sistemele din relaţia (2.6) au la rândul lor o serie de subsisteme şi factori care se

intercondiţionează. 2.3.6: TRANSPORTUL TORENTIAL. 2.3.6.1. CONSIDERAŢII PRIVIND TRANSPORTUL TORENŢIAL. Transportul materialelor aluvionare în albiile formaţiunilor torenţiale, se înscrie în procesul

general de morfogeneză în tendinţa permanentă spre echilibru, fiind astfel o formă specifică de circuit a materiei pe scoarţa suprafeţei terestre.

Efectele nefavorabile ale transportului torenţial în bilanţul aluvionar sunt: -modificarea regimului de tranzitare a debitelor lichide, în special a celor de viitură;

21

-modificarea traseului albiei; -pierderea stabilităţii versanţilor; -pierderea de suprafeţe de teren prin aluvionări şi colmatări; -distrugerea diverselor construcţii. Transportul torenţial depinde de proprietăţile fizico mecanice ale aluviunilor, de sistemul

complex de forţe de antrenare şi de rezistenţă, de cantitatea de aluviuni antrenată (debitul solid). 2.3.6.2. PROPRIETĂŢILE ALUVIUNILOR Materialele antrenate de pe versanţi şi din patul şi malurile albiei sunt: -necoezive (nisipuri, pietrişuri, bolovânişuri) constituite din aglomerate solide discrete, a

căror eroziune şi antrenare hidrodinamică depind numai de caracteristicile şi proprietăţile fizice (formă, dimensiuni, greutate specifică, poziţie relativă, etc.);

-coezive constituite din particule mult mai mici decât cele necoezive, a căror rezistenţă la eroziune şi antrenare hidrodinamică depinde în special de forţele fizico-mecanice de coeziune. Solurile cu conţinut argilos ridicat au o rezistenţă mai mare la eroziune şi antrenare comparativ cu cele necoezive.

2.3.6 3- MECANISMUL TRANSPORTULUI DE ALVIUNI. Aluviunile din patul albiei şi malurile aferente, se găsesc permanent sub acţiunea unui sistem

complex de forţe de antrenare şi de rezistenţă (fig.2.8). Funcţie de intensitatea acestor forţe se realizează starea generală de antrenare hidrodinamică, care include repausul, iniţierea, dezvoltarea şi stingerea transportului particulelor sau a maselor aluvionare.

Fig.2.8. Sistemul de forţe ce acţionează asupra unei particule din material coeziv. Sistemul de forţe este alcătuit în principal din (fig.2.8.): !.-Forţe de antrenare: : - Forţa de antrenare hidrodinamică FH pe direcţia de curgere, provenită din presiunea de

impact asupra particulei: FH = k.γ.S.V2 (2.7) unde: k = coeficient ce depinde de forma particulei şi de numărul lui Reynolds(Re); γ = greutatea specifică a apei; S = suprafaţa pe care acţionează forţa FH; V = viteza medie a

curentului. - Forţa ascensională (arhimedică) FA (egală cu greutatea volumului de lichid dislocui 2.-Forţe de rezistenţă

-Greutatea particulei (nesubmersate) G -Forţa de coeziune FCo de natură fizico-mecanică, la materiale coezive. -Forţa de contact paralelă cu direcţia de curgere FCt, datorită întrepătrunderii şi

interacţiunii particulelor învecinate ale aluviunilor.

22

Condiţia mecanică de transport (fig.2.8) este: rezultanta forţelor de antrenare să fie mai

mare ca rezultanta forţelor de rezistenţă aRr

rRr

, adică ra RRrr

> . Condiţia de transport pentru :

- material coeziv este CtCoAH FFGFFrrrrr

++>+ (2.8) sau analitic FH + (G – FA)sinθ > FCo + FGt (2.9) - material necoeziv este CtAH FGFF

rrrr+>+ (210)

sau analitic FH + (G – FA)sinθ > FCt (2.11) Relaţiile (2.9) şi (2.11) rezultă din proiecţia sistemului de forţe pe direcţia de curgere. Pentru G > FA transportul este de fund (şariajul); G = FA particula se află în plutire

submarină (cufundată), iar când G < FA particula pluteşte la suprafaţă. Starea de antrenare depinde de următorii parametri: 1. Parametrii hidraulici: debitul lichid, viteza , gradientul hidraulic (panta liniei energetice a

curentului). 2. Parametrii geometrici ai albiei: lăţimea suprafeţei libere a curentului, adâncimea

curentului, coeficientul de formă a secţiunii transversale şi a patului mobil. 3. Parametrii fizico-mecanici ai fazei lichide şi solide: densitatea fazei lichide şi solide,

vâscozitatea diametrul particulelor, factorul de formă al particulelor, factorul de distribuţie granulometrică, concentraţia aluviunilor în suspensie, acceleraţia gravitaţională.

Condiţiile critice de antrenare hidrodinamică a aluviunilor în albii, trebuie să ia în considerare următorii parametri principali :

- Viteza critică de antrenare. - Efortul tangenţial critic de antrenare. - Forţa ascensională (portanţa).

2.3.7. SEDIMENTAREA TORENŢIALĂ. Materialele erodate sunt transportate de apă şi depuse în zone cu înclinare redusă, unde viteza

apei este mică, iar forţele de antrenare sunt echilibrate de forţele de rezistenţă. Depozitele de aluviuni se pot clasifica după diverse criterii. a) După mărimea fragmentelor din care sunt formate:

- depozite fine din mâluri şi nisipuri; - depozite grosiere din pietriş, pietre sau bolovani.

b) După modul şi locul de formare; - deluvii, formate din material sedimentar detritic sau provenit din dezagregarea rocilor

sau din particule de sol, aflat în curs de transport pe versanţi, de apa ce se scurge lamelar sau apa de şiroire;

- coluvii, sunt depozite formate din particule de sol sau material detritic, depuse la poalele versanţilor, la care predomină materialele fine (particule de sol, praf, nisip);

- proluvii, sunt depozite de aluviuni torenţiale, din material detritic transportat de torenţi, caracteristice sunt conurile de dejecţie şi depozitele rezultate din retenţia directă în biefurile amonte ale lucrărilor hidrotehnice transversale.

- aluviile (aluviunile sau prundişurile) sunt depozite de materiale transportate şi depuse de apele curgătoare în albii, lunci, sau locurile de vărsare.

2.4. DEPLASĂRILE DE TEREN 2.4.1. CARACTERISTICI . TIPURI DE DEPLASĂRI. Deplasările de teren cuprind totalitatea proceselor de mişcare a materialelor pe versanţi

datorită gravitaţiei, cu sau fără contribuţia directă a altor agenţi (apa, gheaţa, etc.). Dintre agenţii care influenţează mai mult sau mai puţin deplasarea gravitaţională a

materialelor pe versanţi este apa de infiltraţii.

23

24

Eroziunea în adâncime prin destabilizarea malurilor, respectiv a bazei versanţilor, contribuie în mare măsură la alunecări , curgeri de teren şi la surpări.

In raport cu mecanismul de deplasare a materialelor pe versanţi, se diferenţează următoarele tipuri de deplasări:

1. Deplasări lente sau creepul, caracterizate prin deplasarea lentă a materialelor pe versanţi, fără creşteri progresive ale vitezei de deplasare şi fără a se demarca o limită între materialul în mişcare lentă şi terenul stabil.

2. Alunecările de teren sunt deplasări în masă a materialelor pe versanţi în lungul uneia sau mai multor suprafeţe de ruptură.

Se deosebesc: - Alunecarea consecventă sau translaţională când deplasarea masei în mişcare are loc pe un

plan înclinat. - Alunecare insecventă sau rotaţională când are loc o rotaţie regresivă după o suprafaţă

curbă concavă. - Alunecare compusă rezultată din combinarea celor două mişcări de translaţie şi de rotaţie.

3. Curgerile sunt deplasări de mase de materiale care şi-au pierdut coerenţa prin supraumectare. Deplasarea are caracterul unor curgeri plastice noroioase. Acest proces este caracteristic argilelor şi argilelor intercalate cu nisipuri fine acvifere, în condiţiile unui excedent de apă.

4. Surpările(prăbuşirile, năruirile) de teren, sunt desprinderi unor mase de roci sau de sol de pe versanţii abrupţi, prin pierderea stabilităţii, în urma distrugerii suportului de bază sau lateral, prin eroziunea de mal, săpături, etc.

5.Rostogolirile constau în desprinderea unor fragmente din mărimi variate (de la dimensiunile blocurilor stâncoase la cele ale grăunţelor de nisip) din partea superioară a versanţilor, căderea prin rostogolire şi oprirea la poalele versanţilor, unde se formează taluzuri sau conuri de acumulare denumite curent grohotişuri.

5. Deplasările compuse formate din asocierea unui tip predominant cu unul sau mai multe tipuri secundare.

2.4.2. FACTORII CARE CONDIŢIONEAZĂ DEPLASĂRILE DE TEREN. 1.-Factori naturali: - Substratul geologic prin alcătuirea litologică şi stratificaţia. - Coeziunea terenului. - Solul cu caracteristicile sale. - Condiţiile de relief, panta, configuraţia, lungimea versanţilor, etc. - Clima, ploi de lungă durată, topirea înceată a zăpezilor plus ploi, îngheţul şi dezgheţul, etc. - Apele de suprafaţă prin acţiunea lor erozivă, - Apele de infiltraţie prin umiditatea excesivă şi prin efectul subpresiunilor - Cutremurele de pământ prin şocul produs de undele seismice.

2.-Factori antropici: -Subminarea versanţilor prin diverse lucrări. - Supraumectarea terenului printr-o dirijare necorespunzătoare a apelor. - Explozii, trepidaţii rutiere sau feroviare, etc. - Gospodărirea neraţională a fondului funciar.

3.-Vegetaţia forestieră Vegetaţia forestieră prin sistemele radicilare care armează solul şi prin absorbţia apei,

contribuie în mod substanţial la menţinerea echilibrului gravitaţional al versanţilor.

. 2.4.3. MICRORELIEFUL DEPLASĂRILOR DE TEREN Microrelieful deplasărilor de teren este foarte diversificat, funcţie de specificul parametrilor

geomorfologici, morfometrici, hidrologici şi a factorilor care le produc. Astfel microrelieful terenului poate fi cu :

- alunecări în brazde, în felii, lenticulare, profunde, profunde monticulare, plastice, pe versant, de vale;

- curgeri noroioase; - surpări - grohotişuri; etc

2.5. PEISAJUL BAZINELOR HIDROGRAFICE TORENŢIALE. Aspectul specific al unui bazin hidrografic torenţial este cel al unui segment alterat al reliefului. Procesele torenţiale ce au loc în bazinele hidrografice torenţiale le diferenţiază faţă de celelalte bazine prin multiple forme de degradare (fig.2.9):

Legenda

Fig.2.9. Formele de degradare a terenului în bazinele hidrografice torenţiale

- o reţea hidrografică cu albii adânci, ogaşe, ravene, torenţi, lipsite de vegetaţie sau foarte redusă;

- cu suprafeţe mari, 50% - 70% afectate de eroziune de suprafaţă; - cu suprafeţe afectate de alunecări 20% - 25%; - cu suprafeţe mici de surpări, curgeri noroioase, 2% - 5%; - cu suprafeţe uneori destul de mari de stâncării, depozite de grohotişuri.

Bazinele hidrografice puternic torenţializate ne oferă un peisaj semideşertic, iar cele excesiv torenţializate un peisaj deşertic.

25

26

2.6. VEGETAŢIA FORESTIERA ŞI PROCESLE DE MODELARE A RELIEFULUI s „Pădurile preced popoarele, deşerturile le urmează” (Chateaubriand) Pădurea prin multiplele influenţe benefice pe care le are asupra mediului înconjurător, are un

rol deosebit de important în protecţia şi conservarea terenurilor. Ansamblul de condiţii care se realizează în complexul pădure-litieră-sol, face ca apa din

precipitaţii sau topirea zăpezilor să fie reţinută integral sau într-o proporţie ridicată. Această apă este apoi cedată treptat izvoarelor, fără a se produce fenomenul de scurgere a unor cantităţi mari de apă pe pante şi albii, care să ducă la procese torenţiale cu consecinţele aferente acestor procese.

Cercetările de la noi din ţară şi cele pe plan mondial, demonstrează cu prisosinţă, rolul pădurilor în asigurarea unui regim hidrologic normal şi o protecţie a solului împotriva degradării acestuia.

Cercetările efectuate în ţara noastră, arată că în pădurile consistente, eroziunea solului lipseşte sau are valori sub 1 m3/ha.an, în cele mai multe cazuri chiar sub 0,5 m3/ha.an.

In condiţii staţionale asemănătoare, eroziunea solului pe terenuri cu alte folosinţe în comparaţie cu eroziunea pe terenurile acoperite cu pădure (C.Traci 1985) este:

- egală sau de 1 – 4 ori mai mare pe pajiştile naturale sau cultivate; - de 10 –50 de ori mai mare pe pajiştile naturale degradate prin păşunat; - de 20 –60 de ori mai mare pe terenurile cultivate cu plante neprăşitoare; - de 50 – 200 de ori mai mare pe terenurile agricole prăşitoare (pe pante de peste 25%, poate

fi de peste 500 ori mai mare); - de 100 –500 de ori mai mare, chiar mai mult, pe terenurile lipsite de vegetaţie, care sunt

afectate de procese intense de eroziune de suprafaţă şi eroziune în adâncime. D.Zachar (1982) făcând o sinteză a cercetărilor din diverse ţări ajunge la următoarea

concluzie: Dacă se consideră 100% cuantumul eroziunii în t/ha.an pe un teren fără vegetaţie, atunci la

alte folosinţe aceasta este: 80 - 90% în grădini cu sol lucrat; 85% în culturi de sfeclă de zahăr sau de porumb; 50 - 80% “ “ “ rădăcinoase cu tuberculi; 30 - 50% “ “ “ cereale de primăvară ; 5 – 35% “ “ “ “ “ iarnă; 1 – 5% “ “ “ ierburi anuale; 0,5% “ terenuri cu ierburi multianuale (perene); 0,01% în terenuri acoperite cu pădure. Aceste date demonstrează ce trebuia de demonstrat (q.e.d.). Cunoscutul dicton „Câmpia se apără la munte” este în permanenţă confirmat de realitate.

27

3. G E O M O R F O M E T R I A B A Z I N E L O R H I D R O G R A F I C E T O R E N Ţ I A L E

3.1. CONSIDERAŢII GENERALE. Dinamica proceselor torenţiale, din cadrul bazinelor hidrografice torenţiale (bazinelor

versant), ca sisteme cibernetice, se află în permanentă interacţiune cu subsistemele componente, printre care şi cu relieful acestor bazine, respectiv cu parametrii morfometrici ai reliefului.

Termenul şi conceptul de geomorfometrie a fost propus şi dezvoltat de Evans (1969), cu aplicaţie la circurile glaciale. Prefixul –geo-, s-a folosit la sugestia lui Tricart (1947). Cu termenul de geomorfometrie se face o distincţie a măsurătorilor formelor de relief, în raport cu termenul de morfometrie, folosit la măsurarea diverselor altor forme.

Termenul de geomorfometrie îşi găseşte aplicabilitate prin excelenţă, la specificul bazinelor hidrografice torenţiale.

În literatura de specialitate se folosesc şi termenii de geometria formelor de relief, respectiv geometria versanţilor.

S-a arătat că procesele torenţiale modifică forma, care odată schimbate, modifică aceste procese.

Fără cunoaşterea parametrilor morfometrici ai reliefului bazinelor versant, care datorită proceselor torenţiale se modifică în permanenţă, cât şi cuantificarea acestor parametri, nu este posibil studiul proceselor torenţiale cu efectele aferente, şi nici proiectarea lucrărilor de amenajare a acestor bazine.

3.2. SUPRAFAŢA BAZINULUI. VERSANT. 3.2.1. DEFINIŢIA BAZINULUI VERSANT Suprafaţa bazinului versant, s-a definit ca fiind suprafaţa delimitată de cumpăna topografică

(cumpăna apelor de suprafaţă) reprezentată de o curbă închisă, funcţie de configuraţia curbelor de nivel, caz în care bazinul este un bazin versant topografic.

Delimitarea topografică a bazinului versant, nu este suficientă din punct de vedere hidrologic, mai ales în cazul trenurilor cu straturi permeabile şi cu straturi impermeabile, în care se acumulează şi circulă ape subterane (ex: zonele carstice). La aceste bazine, cumpăna apelor subterane nu se suprapune cu cea a apelor de suprafaţă, caz în care bazinul este un bazin versant hidrografic (bazin real după A.Musy) (fig.3.1) a cărui suprafaţă diferă de cea a bazinului topografic. Limitele bazinului hidrografic sunt în general mai greu de stabilit. În cazul bazinelor hidrografice torenţiale, apele subterane nu au întotdeauna influenţă hotărâtoare asupra debitului maxim, aşa încât în mod curent se studiază bazinul versant topografic.

Bazinele hidrografice sunt formate dintr-o albie principală şi albii secundare, delimitate de cumpene topografice, care delimitează bazine cu suprafeţe mai mici (fig.3.2.)

In reţeaua hidrografică se amplasează secţiuni transversale pentru: staţii higrometrice, diverse măsurători, lucrări hidrotehnice, etc.

Secţiunile transversale amplasate pe albii, pentru calculele hidrologice şi hidrotehnice, se numesc secţiuni hidrologice de calcul (SHC).

Fig.3.1. topografic şi hidrografic.

Secţiunea transversală a albiei principale la confluenţa cu colectorul, se numeşte secţiunea de

închidere a bazinului.

28

În raport cu poziţia secţiunilor transversale, bazinul versant într-o secţiune transversală a unui curs de apă, este definit ca suprafaţa topografică a teritoriului drenat de cursul de apă şi afluenţii săi din amonte acestei secţiuni. Acestea sunt bazinele folosite pentru studii şi proiectare ( sub-bazine).

Prin noţiunea de bazin de recepţie, se înţelege suprafaţa bazinului topografic, dar în mod obişnuit, numai partea superioară a bazinelor hidrografice torenţiale, cu forma lor caracteristică de căldare şi cu procesele torenţiale aferente.

3.2.2. UNITĂŢILE DE STUDIU

ALE BAZINELOR VERSANT. Pentru studiu şi proiectare

bazinele versant, respectiv bazinele hidrografice torenţiale se împart în:

- Unităţi de studiu hidrologic (USH), sau parcele hidrologice, care furnizează elementele necesare tuturor

calculelor hidrologice, pentru determinarea caracteristicilor formaţiunilor torenţiale, cât şi pentru lucrările hidrotehnice ce se impun.

Fig.3.2. Bazinul versant topografic cu sub-bazine.

- Unităţi de studiu pentru cartarea teritoriului (USC) din punct de vedere al staţiunii şi al vegetaţiei, care furnizează elementele necesare stabilirii lucrărilor biologice, conjugate cu cele hidrotehnice. Aceste unităţi se suprapun cu cele hidrologice, sau pot fi diviziuni ale acestora.

Unitatea de studiu este o suprafaţă de teren, mai mult sau mai puţin omogenă, din punct de vedere al unor criterii (minime) ca: relief, sol, rocă, vegetaţie, fenomene de degradare, etc., cât şi prin aplicarea unor soluţii biotehnice identice.

3.3. PARAMETRII MORFOMETRICI AI BAZINULUI VERSANT. 3.3.1 PARAMETRII MORFOMETRICI AI SUPRAFEŢEI BAZINELOR. 3.3.1.1. MĂRIMEA SUPRAFEŢEI BAZINULUI, Modelarea reliefului şi degradarea terenurilor, datorate agresivităţii pluviale, depind într-o

măsură hotărâtoare de mărimea şi forma suprafeţei, astfel încât suprafaţa bazinului devine un parametru morfometric fundamental.

Bazinele hidrografice torenţiale, după mărimea suprafeţei se clasifică astfel: - Bazine hidrografice torenţiale mici cu suprafaţa ( S ) S 100≤ ha - “ “ “ mijlocii “ 1001000 “

Debitul maxim dintr-o secţiune transversală a unei albii depinde în foarte mare măsură de mărimea suprafeţei topografice din amonte.

3.3.1.2. FORMA SUPRAFEŢEI BAZINULUI. Forma suprafeţei bazinului hidrografic este variată şi în continuă schimbare în spaţiu şi timp. Pentru cuantificarea formelor, se recurge la compararea formei bazinului în proiecţie

orizontală cu cercul, ca formă de referinţă, deoarece forma circulară este favorabilă hidrologic. Astfel se consideră un cerc ipotetic (fig.3.3) a cărui

suprafaţă Sc este egală cu S suprafaţa bazinului considerat (Sc = S).

Raportul dintre perimetrul bazinului topografic real Pb şi perimetrul bazinului ipotetic circular Pc se numeşte Coeficientul lui Gravelius (CG) sau Indicele de compacitate a lui Gravelius (A. Musy):

c

bG P

PC = (3.1)

Sc = S = πr2 ; πSr = ; Pc = 2πr = S2 π (3.2)

S

P282,0

S2P

C bbG == π (3.3)

Pentru CG = 1 bazinul are forma unui cerc Fig.3.3. Bazinul topografic şi

cercul de referinţă 1

Forma bazinelor poate fi adoptată şi după alte diverse criterii. Pentru bazinele din ţara noastră S. Munteanu (1956) le clasifică în: bazine concentrate la

partea superioară, bazine alungite, bazine ciupercă şi bazine circulare. Forma bazinului ca parametru morfometric al suprafeţei, are un rol deosebit de important

pentru timpul de concentrare al scurgerii, implicit în evoluţia procesului torenţial. Timpul de concentrarea a scurgerii apelor într-un bazin versant, este definit ca fiind timpul

maxim necesar a unui curent de apă, să parcurgă lungimea traseului (drumului) hidrologic dintre punctul cel mai îndepărtat hidrologic şi secţiunea de calcul (control) considerată.

Bazinele în formă de cerc sunt cele mai favorabile dezvoltării fenomenelor torenţiale, deci a procesului torenţial.

3.3.1.3. LUNGIMEA MAXIMĂ A BAZINULUI (Lb). Lungimea maximă a bazinului hidrografic, după diverşi autori este:

- Schumm (fig.3.4.a)

30

Lb = AB + BC, adică suma dintre lungimea albiei principale AB şi lungimea versantului BC măsurat de la obârşie până la cumpăna topografică a bazinului.

Parametrul lui Schumm este foarte important deoarece se foloseşte la determinarea timpului de concentrare a scurgerii.

- Horton (fig.3.4.b). Lb = AC, adică lungimea dreptei AC,dintre secţiunea de calcul (secţiunea de închidere a bazinului) A şi cumpăna topografică C.

- Maxwell (fig.3.4.c) Lb = AD = AB + BD, adică

dintre lungimea dreptei dintre secţiunea de calcul şi cumpăna topografică D, dreapta trecând obligatoriu prin obârşia albiei principale B.

- Apollov (fig.3.d) Lb = AE, adică lungimea

dreptei AE, care uneşte secţiunea de calcul A cu punctul cel mai îndepărtat E de pe cumpăna topografică.

Fig.3.4. Lungimea maximă a bazinului: a)Schumm; b)Horton; c)Maxwell; d)Apollov; e)Linia mediană I;

f)Linia mediană II

- Linia mediană a bazinului I (fig.3.e) Bazinul se împarte cu linii paralele, care se înjumătăţesc. Unind segmentele de dreaptă, dintre

punctele situate la jumătatea liniilor paralele se obţine linia mediană a bazinului de lungime Lb = AE. - Linia mediană a bazinului II (fig.3.f). Bazinul se împarte cu linii perpendiculare pe talvegul albiei principale, care se înjumătăţesc.

Unind segmentele de dreaptă dintre punctele acestea, se obţine o altă linie mediană a bazinului de lungime Lb = AC.

3.3.1.4..LUNGIMEA MEDIE A BAZINULUI (Lm). Bazinul hidrografic real (S) este asimilat cu un bazin ipotetic dreptunghiular, care are aceeaşi

suprafaţă Sd = S şi perimetru Pd = P egale cu cele ale bazinului real (fig.3.5).

Fig.3.5. Lungimea medie a bazinului.

Lm + B = 1/2 P ; Lm.B = S ; B = 1/2P – Lm ; Lm(1/2P – Lm) = S (3.4)

0SL4P2L m

2m =−− (3.5)

S16P

4PL

2

m −+= (3.6)

Pentru 0S16P 2

>− bazinele sunt alungite

0S16P 2

=− bazinul este un pătrat

0S16P 2

2H

SSH i1n

o1i,i

1n

o1i,imed

+

+

+

+

+= ∑∑ H 1i+

(3.7)

2H 1ii ++HS

S1H

1n

01i,imed

+

+= ∑ (3.8)

Distribuţia suprafeţei bazinului se evidenţiază şi grafic cu ajutorul curbei hipsografice, (fig.3.7), având în abscisă suprafeţele (Si,I+1) cumulate, iar în ordonată altitudinea zonelor (Hi,Hi+1). Altitudinea medie a bazinului Hmed corespunde abscisei S/2.

3.3.2.2. ÎNĂLŢIMEA BAZINULUI Intrarea energiei potenţiale în bazin,

datorate câmpului gravitaţional al pământului, se exprimă prin energia specifică de înălţime, măsurată pe verticală între două suprafeţe echipotenţiale ale câmpului terestru.

Fig.3.6. Altitudinea medie a bazinului.

rafică a bazinului.gso.3.7. Curba hipFig

Înălţimea maximă a bazinului sau relieful maxim al bazinului sau energia maximă de relief este dată de relaţia: Rmax = Hmax - Hmin (3.9) Înălţimea medie a bazinului sau relieful mediu al bazinului sau energia medie de relief este dată de relaţia: Rmed = Hmed - Hmin (3.10) Înălţimea medie se poate determina grafic cu ajutorul curbei hipsografice. Acest parametru morfometric are o influenţă foarte mare asupra proceselor torenţiale, respectiv asupra intensităţii fenomenelor torenţiale. In literatura de specialitate înălţimea bazinului, este folosită pentru o caracterizare erozională energetică a bazinului prin coeficientul energiei maxime (sau medie) de eroziune Ce,max(med):

S100

RC }medmax{}medmax{,e = (3.11)

unde Rmax(med) se exprimă în metri, iar S în hectare. Din relaţia (311) rezultă că: - Cuantificarea energiei de eroziune se efectuează numai cu cei doi parametrii R şi S. - Coeficientul energiei maxime de eroziune Ce este acelaşi pentru toate bazinele care au aceeaşi energie de relief şi aceeaşi suprafaţă, indiferent de formă şi pantă de care însă depinde tocmai intensitatea fenomenului de eroziune ca fenomen dinamic.

32

In consecinţă denumirea coeficientului Ce,max(med) este mai adecvată să fie coeficientul energiei potenţiale maxime (medie) de eroziune ( Cep),iar a energiei de relief R să fie energie potenţială de relief Pentru a diferenţia şi cuantifica energia de eroziune din bazinele cu forme şi pante diferite, se consideră un dreptunghi ipotetic, având latura LH egală cu dreapta ce uneşte punctele Hmin cu Hmax (fig.3.8), a cărui suprafaţă Sd este egală cu suprafaţa bazinului considerat S (F. Grudnicki, I.

Ciornei,1998):

Fig.3.8. Bazinul şi dreptunghiul ipotetic

Din figura (3.8) rezultă

Sd = LH.L = S de unde HL

SL = (3.12)

: Se defineşte coeficientul de formă al dreptunghiului ipotetic, respectiv al bazinului prin raportul:

S

LL

Lf2HH == de unde

HLS

f1

= (3.13)

Panta medie de calcul adoptată este:

H

minmax

H

maxH L

HHL

RI

−== (3.14)

Se defineşte coeficientul energiei cinetice de eroziune Cec raportul dintre panta de calcul (IH) şi rădăcina pătrată a coeficientului de formă al bazinului (f):

2

max

H

Hec L

SRf

IC == (3.15)

Înmulţind numărătorul şi numitorul relaţiei (3.15) cu S obţinem:

ep2H

maxec Cf

1LS.

SR

C == (3.16)

Pentru: 0 < f < 1 LH < L bazin are forma turtită f = 1 LH = L „ „ „ pătrată 1< f < 1,27 LH > L “ “ “ între pătrat şi cerc f = 1,27 LH > L “ “ “ circulară 1,27 < f < ∞ LH > L “ “ “ alungită Relaţiile (3.15) şi (3.16) care exprimă morfometric coeficientul energiei cinetice de eroziune, cuprind cinci parametri morfometrici fundamentali ai bazinului şi anume: mărimea suprafeţei, forma, lungimea, înălţimea şi panta bazinului hidrografic, care au influenţe hotărâtoare asupra fenomenelor torenţiale. Aceste relaţii diferenţiază bazinele hidrografice torenţiale între ele, morfometric, energetic şi eroziv. 3.3.3. PARAMETRII MORFOMETRICI AI VERSANŢILOR. 3.3.3.1. PANTA MEDIE A SUPRAFEŢEI DELIMITATĂ DE CURBE DE NIVEL. Topografic, panta într-un punct al bazinului, corespunde liniei de cea mai mare pantă ce trece prin acel punct. Parametrul morfometric pantă, este deosebit de important în declanşarea şi dezvoltarea proceselor torenţiale, a efectelor acestor procese, cât şi în proiectarea lucrărilor de corectarea torenţilor. Pentru determinarea pantei medii, se consideră suprafaţa dreptunghiulară Si,I+1 dintre două curbe de nivel de cote Hi şi Hi+1, cu lungimea egală cu semi-suma lungimilor curbelor de nivel aferente li şi li+1 (fig.3.6)

33

( )

1i,i

1iii1i

1i,i S2ll

HHI

+

++

+

+−

= (3.17)

3.3.3.2. PANTA MEDIE A UNUI VERSANT. Panta medie a unui versant, este parametrul care se regăseşte frecvent în calculele hidraulice şi hidrologice. Pentru versanţii cu variaţii mici de pantă, panta medie Iv este raportul dintre diferenţa de cote ΔHmax = Hmax- Hmin a versantului şi distanţa pe orizontală Lv dintre cele două cote:

L

HI maxv

Δ= (3.18)

Pentru versanţii cu pante neuniforme, se estimează pantele suprafeţelor dintre curbele de nivel şi acordarea ponderii proporţionale cu suprafeţele respective. Expeditiv, fără măsurarea suprafeţelor dintre curbele de nivel, se ia în considerare lungimea curbelor de nivel li care delimitează suprafeţele, echidistanţă curbelor de nivel ΔH şi suprafaţa S a versantului:

∑= iv lSHI Δ (3.19)

3.3.3.3. PANTA MEDIE A BAZINULUI. Pentru determinarea pantei medie a bazinului Ib se utilizează procedeul expeditiv ca şi la versanţi:

∑= ib lSHI Δ (3.20)

sau procedeul laborios bazat pe pantele dintre curbele de nivel succesive:

( )2ll

HHS1I 1iii1ib

++

+−= ∑ (3.21)

Există şi alte procedee de determinare a pantei bazinului. 3.3.3.4. LUNGIMEA MXIMĂ ŞI MEDIE A VERSANŢILOR. Importanţa lungimii versanţilor ca parametru morfometric, rezultă din influenţa sa, asupra formării scurgerii torenţiale şi evoluţiei eroziunii pe versanţi. Lungimea maximă a unui versant este lungimea liniei de cea mai mare pantă, care uneşte reţeaua hidrografică la care gravitează scurgerea şi cumpăna topografică care delimitează versantul de ceilalţi versanţi. Lungimea medie a versanţilor depinde de configuraţia reţelei hidrografice. Pentru cazul reţelei hidrografice simple (fig.3.9.a), se consideră un dreptunghi ipotetic având suprafaţa S egală cu cea a bazinului considerat, iar o latură egală cu lungimea albiei La. În acest caz lungimea medie a versanţilor este dată de relaţia:

S = 2LvLa de unde a

v L2SL = (3.22)

34

Fig.3.9.Lungimea medie a versanţilor. In cazul unei reţele hidrografice complexe, bazinul se împarte în sub-bazine (fig.3..9.b). In acest caz unele sub-bazine gravitează la albia principală, altele la albiile secundare. În acest caz avem: ∑= viiv L.SL.S (3.23)

Dar ai

ivi L2

SL = de unde

ai

2i

vii L2S

LS = aşa încât ∑=ai

2i

v LS

L.S (3.24)

De unde ∑=ai

2i

v LS

S21L (3.25)

În mod curent în proiectare, lungimea medie a versanţilor se determină cu relaţiile:

)km(L

)km{S.550)m(Lr

2

v = sau )km(L)ha(S.5,5)m(L

rv = (3.26)

unde Lr = La + ∑ este lungimea totală a reţelei hidrografice (lungimea albiei principale plus lungimea reţelei secundare).

rsL

Horton (1945) asimilează bazinul hidrografic având o reţea complexă, cu un dreptunghi ipotetic de suprafaţă S a bazinului, având însă o reţea simplă (fig.3.10) egală cu lungimea întregii reţele din bazin Lr, aşa încât:

rr D2

1LS

=v 2L =

45) este:

(3.27)

unde Dr = Lr/S densitatea hidrografică. Cu influenţa pantei lungimea medie (Horton 19

Fig.3.10. Lungimea medie după Horton

35

2

b

ar

v

II

1L2

SL

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

= (3.28)

unde Ia = panta medie a tuturor albii