Hidrologie

CURS NR. 6

APELE CURGĂTOARE

(continuare)

1. Văile şi albiile râurilor 2. Dinamica apei în râuri 3. Curenţii din râuri

1. Văile şi albiile râurilor

Văile râurilor sunt forme de relief negative pe suprafaţa Pământului, de formă în

general îngustă şi alungită care permit apei să curgă în sensul pantei. Traseul acestor văi

poate fi de la rectiliniu până la maximum de sinuozitate.

Elemente comune:

Patul văii sau fundul băi reprezintă porţiunea cea mai coborâtă de pe cuprinsul văii.

Linia ce uneşte punctele cu cea mai joasă cotă de pe profilul longitudinal al râului se

numeşte talveg. Porţiunea din patul văii care este în permanenţă sau temporar ocupată

de apa râului poartă numele de albie iar versantele laterale se numesc maluri.

La un curs de apă se disting 2 tipuri de albii: o albie minoră (M.N. în fig. 1).

corespunzătoare acelei părţi a văii acoperită permanent sau aproape permanent de apa

râului şi o albie majoră (EF) acoperită cu apă numai în perioada apelor mari.

La albiile mai evoluate

datorită viiturilor şi

depunerilor de aluviuni în

albia majoră se formează

terase (t1 şi t2). După

terase urmează părţile

laterale ale văii primare sau

malurile primare (CF şi DF)

şi apoi versantele văii (AC

şi BD) delimitate la partea superioară de lina de cumpănă a apelor (A şi B).

Fig. 1 Elementele unei văi

Adâncimea văii este reprezentată de diferenţa de nivel dintre nivelul liniei de

cumpănă a apelor şi fundul văii (H). Există o diferenţă iniţială a văii (H1) şi o adâncime

actuală a văii (h).

Lăţimea văii se exprimă ca lăţimea bazinului văii (AB), lăţimea în dreptul malurilor

primare (CD) şi lăţimea de jos a văii (EF).

În funcţie de natura reliefurilor pe care le traversează, albiile râurilor pot fi:

- albiile râurilor de munte, mai drepte, cu multe fragmente din roca pe care au

An univ. 2007-2008 1

Hidrologie Curs nr. 6

înfrânt-o;

- albiile râurilor de şes, cu forme sinuoase, cu scăderea pantei longitudinale,

scăderea vitezei de scurgere a apei.

În evoluţia lor, albiile râurilor dau naştere unor formaţii de albie: plajele, care iau

naştere lângă maluri (în special, cele convexe), alcătuite din depuneri de nisip; praguri

transversale, care apar în puncte de inflexiune ale albiei, adică acele locuri unde se

înregistrează treceri de la o curbă a albiei într-un sens la o curbură în sens opus; bancuri

de nisip care apar pe cursul unui râu datorită prezenţei unor obstacole în faţa cărora se

depun aluviunile care cresc în timp şi ajung la sfârşit să se transforme în insule.

Totalitatea proceselor prin care albiile râurilor se schimbă este cunoscut denumirea de

procese de albie.

Dacă facem o secţiune în albia

unui râu cu un plan

perpendicular pe direcţia de

curgere a apei, obţinem profilul

transversal al râului respectiv

(fig 2). Profilul transversal este

limitat la partea sa inferioară de

fundul albiei iar lateral de

malurile albiei. Fig. 2 Profil transversal printr-un râu

Din profilul transversal se

disting:

Nivelul maxim – nivelul până la care se ridică apa râului în albie în cazul apelor mari;

Nivelul minim – nivelul cel mai scăzut ce se înregistrează în albiea râului în

perioadele de secetă;

Nivelul mediu – media nivelurilor apelor unui râu într-o anumită perioadă (1 an);

Suprafaţa secţiunii transversale a albiei - care poate fi măsurată până la nivelul

maxim al apei, până la nivelul mediu sau minim;

Suprafaţa activă a apei curgătoare - în care se poate pune în evidenţă mişcarea apei

în toate punctele secţiunii. Se

caracterizează prin următoarele

elemente morfometrice (fig. 3):

- lăţimea râului – distanţa

dintre limitele apei de pe

profilul transversal (B);

- adâncime maximă – este

cea mai mare adâncime Fig. 3 Determinarea secţiunii active a unui râu.

An univ. 2007-2008 2

Hidrologie Curs nr. 6

măsurată în profilul ridicat (Hmax);

- adâncime medie – exprimă raportul dintre suprafaţa secţiunii active (Ω) şi lăţimea

râului (B): B

HmediuΩ

= ;

- perimetrul udat – lungimea liniei fundului între limitele apei, este format din

segmente de dreaptă reprezentând ipotenuzele triunghiurilor dreptunghice care au

catetele reprezentate de distanţele dintre două verticale alăturate; relaţia de

calcul:

( ) 222

212

22

21

21 nhb....hhbhbP +++−+++=

- raza hidraulică este un element imaginar lşi exprimă raportul dintre suprafaţa

secţiunii active (Ω) şi perimetrul udat (P): P

RΩ

= ; pentru fluvii sau râuri mari a

căror lăţime depăşeşte mult adâncimea medie, raza hidraulică poate fi înlocuită cu

adâncimea medie.

- coeficientul de rugozitate – au fost determinate pentru diferite tipuri de albii (tabel

1).

- Secţiunea totală de scurgere (Ω) se determină pe baza planimetrării secţiunilor

elementare ω1, ω2, ω3,… ωn , sau analitic cu ajutorul relaţiei:

22221

121

21

1n

nnn

nh

bhh

b...hh

bh

b ++

+++

+=Ω −−

- Secţiunea moartă sau inactivă – in care mişcare apei este foarte redusă sau apa

stagnează.

Tabel 1 Valori ale coeficientului de rugozitate (ρ)

pentru diferite tipuri de albii

An univ. 2007-2008 3

Hidrologie Curs nr. 6

2. Dinamica apei în râuri

Scurgerea apei în râuri nu se desfăşoară în mod uniform ci, de regulă, datorită

caracteristicilor morfologice şi morfometrice ale albiei râurilor, a caracteristicilor climatice

ale zonei prin care curge râul, mişcarea apei prezintă o serie de fenomene dinamice

referitoare la: variaţii ale vitezelor de deplasare, variaţii ale nivelurilor, curenţii şi debitele

etc. a căror caracteristică este instabilitatea.

Asupra masei de apă care se deplasează în albia râurilor acţionează următoarele

forţe: forţa gravitaţională, forţele lui Coriolis şi forţa centrifugă.

Principala cauză care determină mişcarea apei în râuri este reprezentată de

gravitaţie. O picătură de apă A situată pe un plan înclinat sub un unghi α faţă de planul

orizontal, tinde să se deplaseze pe direcţia planului înclinat (fig. 4). Greutatea proprie G,

se descompune în cele 2 componente: P1 – paralelă cu planul înclinat, reprezentând

direcţia de mişcare a picăturii şi P2 – perpendiculară pe plan. Cele 2 forţe au valorile:

Fig. 4 Deplasarea unei particule de apă pe un plan vertical.

P1 = G sinα

P2 = G cosα

Forta P1 care provoacă deplasarea picăturii de apă pe planul înclinat ar trebui să

imprime acesteia o mişcare uniform accelerată, lucru care ar provoca viteze sporite ale

râurilor de la izvor spre vărsare. În realitate coeziunea dintre moleculele de apă precum

şi frecarea dintre picătura de apă şi teren apropie această mişcare de una uniformă.

Coriolis a demonstrat că dacă două corpuri în natură se află în mişcare, unul în

raport cu celălalt, atunci la cea de-a doua mişcare i se aplică o acceleraţie suplimentară

perpendiculară pe direcţia sa de deplasare care modifică mişcarea acestuia. În cazul

nostru Pământul efectuează o mişcare de rotaţie de la vest spre est şi atunci asupra

maselor de apă aflate în mişcare, în raport cu mişcarea Pământului, acţionează

suplimentar forţele lui Coriolis, care abat aceste mişcări spre dreapta în emisfera nordică

şi spre stânga în emisfera sudică. Această abatere spre dreapta o întâlnim în cazul

râurilor din emisfera noastră, la care se înregistrează modificări ale pantei secţiunii

transversale spre malul drept unde se exercită presiuni mai mari şi ca o consecinţă

eroziuni şi mai puternice. Datorită acţiunii acestor forţe şi a consecinţelor ei se poate

vedea în emisfera nordică că râurile au malul drept mai înalt şi o tendinţă la râuri de

curgere spre dreapta.

An univ. 2007-2008 4

Hidrologie Curs nr. 6

An univ. 2007-2008 5

Pe cursurile de ape se întâlnesc în multe cazuri coturi sau meandre care dau

râurilor o formă de arc de cerc şi unde datorită mişcării apei se naşte o forţă centrifugă

dată de relaţia R

vmC

2⋅= în care C – reprezintă forţa centrifugă; m – masa apei; v –

viteza de deplasare a apei în râu; R – raza de curbură a meandrului.

Datorită acestei forţe, în zonele de meandru, în secţiunea transversală a râului se

înregistrează o ridicare a suprafeţei apei către malul concav (fig.5). Această denivelare se

poate exprima în funcţie de unghiul α format de planul oglinzii apei şi planul orizontal sau

prin denivelarea h, ambele valori putând fi exprimate în funcţie de forţa centrifugă şi

elementele morfometrice ale râului cu ajutorul relaţiilor:

gRv

gmR

vm

gmc

tg⋅

=⋅

⋅

=⋅

=α2

2

în care: g – acceleraţia gravitaţională; h = l x tg α

Toate aceste forţe acţionează concomitent asupra apei râurilor.

3. Curenţii din râuri

Datorită configuraţiei deosebite a albiei

râurilor în diferite secţiuni, a existenţei unor

praguri sau obstacole, precum şi datorită variaţiei

vitezelor de deplasare a apei în diferite puncte ale

secţiunii transversale, în apa râurilor se formează

o serie de curenţi care prezintă direcţii diferite, în

funcţie de cauzele care-i determină.

În apa râurilor se întâlnesc curenţi de

suprafaţă şi curenţi de adâncime.

Datorită valorilor diferite ale vitezelor de

deplasare care sunt mai mari spre mijlocul apei şi

mai mici spre maluri, datorită frecării, curentul Fig. 6 Curentul superficial

convergent

Fig. 5 Forţe centrifugă şi influenţa ei asupra suprafeţei râurilor

Hidrologie Curs nr. 6

superficial din râuri prezintă o particularitate şi anume, este convergent spre mijlocul

râului ceea ce determină existenţa unui cumul de apă în zona de convergenţă şi, în

consecinţă, ridicarea nivelului apei în acel loc (fig. 6)

Curentul superficial convergent determină existenţa a doi curenţi de profunzime

circulari, ce apar în mod natural în secţiune sub forma unor curenţi divergenţi (fig. 7). La

râurile cu adâncimi mai mari şi cu viteze de deplasare relativ mari ale apei se semnalează

şi prezenţa unor curenţi de profunzime convergenţi, care sunt împinşi de la maluri spre

mijlocul apei (fig. 8)

Curenţii de profunzime divergenţi sau convergenţi, datorită deplasării apei râurilor

capătă şi o mişcare de translaţie în sensul de scurgere a râului şi dau naştere unor

curenţi elicoidali, longitudinali (fig. 9).

Fig. 7 Curenţi de profunzime Fig. 8 Curenţi de profunzime convergenţi

În zonele de curbură ale râurilor, la meandre, curenţii de suprafaţă şi cei de

adâncime capătă o direcţie unică spre mal (fig. 10).

Pe malul concav se formează o peliculă de apă care se scurge pe lângă mal şi care

respinge cea mai mare parte a curentului spre malul opus.

Pentru determinarea direcţiei curenţilor de suprafaţă se folosesc flotorii liberi iar

metodele de lucru depind de

lăţimea râului.

La râurilor înguste se instalează

la anumite intervale,

perpendicular pe direcţia de

scurgere a râului, mai multe

cabluri gradate. Se lansează

flotorii şi se urmăreşte cu ochiul

liber deplasarea flotorilor

înregistrând la fiecare cablu gradaţiile pe unde trec flotorii. La râurile late, pentru aceeaşi

operaţie se folosesc aparatele optice (teodolitele), măsurând unghiurile şi distanţele.

Fig. 9 Curenţi elicoidali (longitudinali)

An univ. 2007-2008 6

Hidrologie Curs nr. 6

An univ. 2007-2008

Pentru efectuarea acestor

măsurători se recomandă un

timp calm, fără vânt şi se

cere să se măsoare şi panta

râului. Cronometrând timpul

în care s-a efectuat

deplasarea flotorului se

determină şi viteza

curentului.

Fig. 10 Curenţii superficiali şi de fund în zonele de curbură ale râurilor.

Aceste măsurători efectuate se trec pe planul de situaţie a râului cu poziţiile flotorilor

înscrise.

7