UNIVERSITATEA DIN BUCUREŞTI FACULTATEA DE FIZICĂ

- ȘCOALA DOCTORALA DE FIZICA -

SIMONA-MIRELA PĂTRUŢ

RISCUL INUNDAŢIILOR ÎN BAZINUL DUNĂRII

REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT

Conducător ştiinţific:

CS I Prof. Dr. Vasile Cuculeanu

-2010-

Multumiri, Domnului Prof. Dr. Vasile Cuculeanu sub îndrumarea caruia am realizat aceasta lucrare. Sunt foarte recunoscatoare doamnei Prof. Dr. Sabina Stefan, cea care mi-a deschis calea spre cercetare, pentru îndrumarea stiintifica, sprijinul permanent, rabdarea, întelegerea si încurajarea pe care mi le-a acordat pe tot parcursul elaborarii tezei de doctorat.

Multumesc conducerii Facultatii de Fizica si colectivului Catedrei de Fizica Atmosferei pentru observatiile riguroase primite cu ocazia sustinerii referatelor de doctorat. Multumesc doamnei dr. Mary-Jeanne Adler, directorul Directiei Managementul Riscului la Inundatii, din cadrul Ministerului Mediului si Padurilor pentru sugestia în alegerea subiectului de cercetare, pentru încrederea si ajutorul acordat. Multe mulţumiri domnului Dr. Norel Rîmbu pentru sfaturile sale, pentru sprijin şi pentru disponibilitatea de a lucra cu mine pentru obtinerea rezultatelor cercetarii. De asemenea, multumiri domnului Dr. Mihai Dima pentru încurajarea de a-mi urma ideile, de a crede în mine si pentru discutiile fructuoase. Multumesc calduros tuturor personalitatilor care au acceptat sa participe ca referenti pentru solicitudinea cu care au analizat lucrarea, tuturor celor care în mod direct sau indirect m-au ajutat la finalizarea acestei lucrari. Colegilor, partenerilor din proiecte, specialisti cu deosebita tinuta profesionala le multumesc pentru sfaturile, ideile si sugestiile acordate cu generozitate la fiecare pas al colaborarii. Aceasta teza nu ar fi fost realizata fara sprijinul moral continuu al familiei care a trait emotiile odata cu mine si de la care am învatat ca rabdarea si vointa se educa.

CUPRINS

INTRODUCERE

A. Cercetare documentară; problematică, metode şi modele

CAPITOLUL I ............................................................................................................. 7

DESCRIEREA BAZINULUI FLUVIULUI DUNĂREA ................................................... 7 1.1. Bazinul hidrografic al Dunării .......................................................................................... 7

1.2. Sectoarele Dunării .............................................................................................................. 9

1.3. Afluenţii Dunării de la izvoare până la vărsare ............................................................. 10

1.4. Tipologia Dunării .............................................................................................................. 14

1.5. Climatul şi hidrologia ....................................................................................................... 14

1.6. Principalele trăsături hidrologice ale Dunării ............................................................... 16

1.7. Descrierea sectoarelor Luncii Dunării ............................................................................ 16

1.8. Particularităţi climatice în Lunca Dunării ..................................................................... 19

1.9. Ecoregiuni în bazinul hidrografic al Dunării ................................................................. 20

1.10. Zona inundabilă românească a Dunării ....................................................................... 21

1.11. Importanţa luncii Dunării.............................................................................................. 23

1.12. Scurt istoric al amenajării luncii Dunării în regiunea Olteniei .................................. 24

1.13. Renaturare, reabilitare, reconstrucţie .......................................................................... 26

CAPITOLUL 2 ........................................................................................................... 29

METODE DE ANALIZĂ A DEBITELOR DUNĂRII .................................................... 29 2.1. Teoria Valorilor Extreme ................................................................................................ 29

2.1.1. Generalizarea distribuţiilor valorilor extreme(GDE, din englezescul GEV)). ........... 30

2.1.2. Distribuţia Pareto generalizată, pe scurt ( DPG). ...................................................... 30

2.1.3. Metoda Peaks over Threshold ..................................................................................... 30

2.1.4. Perioade şi niveluri de revenire ............................................................................... 31

2.1.5. Analiza cluster k-medii ................................................................................................ 31

2.2. Metoda hărţilor compozite .............................................................................................. 32

CAPITOLUL 3 MODELAREA HIDROLOGICĂ......................................................... 33 3.1. Rolul modelării hidrologice pe bazin .............................................................................. 33

3.2. Clasificarea modelelor în hidrologie ............................................................................... 34

3.2.1 Criterii pentru clasificarea modelelor hidrologice ...................................................... 35

3.2.2 Inventarierea modelelor hidrologice ............................................................................ 38

3.3. Perspective în construirea unui model hidrologic ......................................................... 39

3.4. Utilizarea datelor oferite de senzorii de la distanţă ....................................................... 40

3.5. Aplicaţii GIS ...................................................................................................................... 42

3.6. Modele hirologice .............................................................................................................. 44

3.6.1. Modelul MIKE ............................................................................................................. 44

3.6.2. Modelul hidraulic UNDA ............................................................................................ 47

3.6.3. Modelul POTOP .......................................................................................................... 49

3.7. Descrierea softului de modelare hidraulică Sobek ........................................................ 50

3.7.1. Schema modelării hidraulice ....................................................................................... 51

3.7.2. Etapele modelării numerice......................................................................................... 52

3.7.3. Ecuaţii generale ale modelului .................................................................................... 52

3.8. Calibrarea şi verificarea modelului ................................................................................ 54

3.8.1. Calibrarea modelului .................................................................................................. 54

3.8.2. Verificarea rezultatelor modelelor .............................................................................. 56

3.8.3. Dificultăţi în calibrare ................................................................................................. 57

CAPITOLUL 4 HAZARD ŞI RISC .............................................................................. 59 4.1 Definirea hazardului şi riscului ........................................................................................ 59

4.2. Hărţile de hazard şi risc la inundaţii .............................................................................. 61

4.3. Metode de evaluare a pagubelor ..................................................................................... 61

4.3.1. Clasificarea pagubelor ................................................................................................ 61

4.3.2. Calculul pagubelor ...................................................................................................... 63

B. Aplicaţii de interes şi contribuţii personale

CAPITOLUL 5 INUNDAŢIILE PE SECTORUL ROMÂNESC AL FLUVIULUI

DUNĂREA ................................................................................................................. 69 5.1. Scurt istoric al inundaţiilor pe Dunăre ........................................................................... 69

5.2. Caracterizarea viiturii din anul 2006 ............................................................................. 71

5.3. Evenimente extreme (inundaţii) pe cursul inferior al Dunării în corelaţie cu oscilaţia

Nord-Atlantică (NAO) ............................................................................................................. 75

5.3.1. Datele utilizate ............................................................................................................. 75

5.3.2. Metoda de lucru ........................................................................................................... 76

5.4. Concluzii...........................................................................................................................80

CAPITOLUL 6 METODOLOGIA ESTIMĂRII DEBITELOR CORESPUNZĂTOARE

EVENIMENTELOR EXTREME ÎN BAZINUL DUNĂRII ŞI MODELE DE CIRCULAŢII

ATMOSFERICE ASOCIATE...................................................................................... 81 6.1. Importanţa studiului ........................................................................................................ 81

6.2. Date folosite ....................................................................................................................... 83

6.3. Metodologia -Metoda Peak over Threshold ................................................................... 83

6.4. Aplicarea Distribuţiei Generale Pareto la debitele sezoniere ale fluviului Dunărea .. 85

6.5. Modele de circulaţie asociate debitelor extreme pe Dunăre în cele patru anotimpuri

................................................................................................................................................... 89

6.6. Discuţii şi concluzii……………………………………………………………...………93

CAPITOLUL 7 ........................................................................................................... 94 STUDIUL DE INUNDABILITATE ÎN REGIM NATURAL PE SECTORUL GHIDICI –

CORABIA DIN LUNCA DUNĂRII ............................................................................. 94 7.1. Introducere ........................................................................................................................ 94

7.2. Localizarea zonei studiate ................................................................................................ 96

7.3. Schematizarea în modelul SOBEK ................................................................................. 98

7.3.1. Schematizarea modelului 1D FLOW ........................................................................... 98

7.3.2. Date de intrare 1D ....................................................................................................... 99

7.3.3. Schematizare 1D2D (modul Overland) ..................................................................... 102

7.4. Metoda de lucru .............................................................................................................. 106

7.5. Rezultate şi concluzii ………………………………………………………………….108

CAPITOLUL 8 ......................................................................................................... 115 METODE DE EVALUARE A PAGUBELOR DIRECTE PRODUSE DE INUNDAŢII ÎN

DIVERSE ŢĂRI CU POSIBILE APLICAŢII ÎN ROMÂNIA ...................................... 115

8.1. Scara macro de evaluare-Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în

Germania ................................................................................................................................ 115

8.2. Scara mezo de evaluare .................................................................................................. 116

8.2.1. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în Franţa I ............................. 116

8.2.2. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în Franţa II ............................ 120

8.2.3. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în Olanda ............................... 121

8.2.4. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în Germania .......................... 125

8.2.5. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în Elveţia ............................... 126

8.3. Scara micro de evaluare ................................................................................................. 128

8.3.1. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în GERMANIA ....................... 128

8.3.2. O abordare la scară micro: metoda MERK .............................................................. 128

8.4. Pagubele directe produse în zona de studiu de inundaţiile din 2006……………….128

8.5. Concluzii .........................................................................................................................143

CAPITOLUL 9 ......................................................................................................... 144

MATRICEA RISCULUI LA INUNDAŢII .................................................................. 144 9.1. Definirea matricei riscului la inundaţii ........................................................................ 144

9.2. Metoda de calcul ............................................................................................................. 146

9.3. Implicaţiile metodei ........................................................................................................ 148

9.4.Reprezentarea matricei riscului la inundaţii ................................................................ 148

9.5. Evaluarea parametrilor de risc la inundaţii ................................................................ 149

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

Pe fondul schimbărilor climatice manifestate la nivel planetar, în România au avut loc

fenomene meteorologice periculoase atipice, de o intensitate deosebită. Efectele calamităţilor

produse de aceste fenomene meteorologice au fost amplificate şi de alţi factori, precum

despăduririle din ultimii ani, ceea ce a permis concentrarea rapidă a scurgerilor pe versanţi cu

antrenarea unor cantităţi foarte mari de aluviuni în albiile râurilor, în zone locuite şi pe terenurile

agricole. O atenţie deosebită este acordată fenomenelor extreme ca inundaţiile şi seceta (Yiou et

al. 2006, Mareş et al. 2007).

În România viiturile reprezintă un fenomen frecvent. Cronicarii au consemnat cu

regularitate în decursul anilor viituri catastrofale: 10 in decursul secolului al XVI-lea, 19 in

secolul XVII-lea, 26 in secolul al XVIII-lea, 28 in secolul al XIX-lea si 42 in secolul XX. Cele

mai importante viituri poduse pe teritoriul României, pe Dunăre, în perioada de când există

observaţii hidrologice sistematice, au fost în mai 1930, aprilie 1940, iulie 1942, mai 1955, iunie

1970, iunie 1988, aprilie 2004, aprilie 2005, anul 2006. (Gabor O., Serban P., 2004).

Viitura istorică din aprilie – mai 2006 pe fluviul Dunărea a fost cauza ruperii accidentale

sau dirijate a digurilor de apărare la un număr de 10 incinte agricole, însumând o suprafaţă de

73144 ha. Pagubele produse prin inundarea totală sau parţială a localităţilor situate în aceste

incinte, sunt considerabile, constând din avarierea a 50% case şi necesitatea strămutării a 16350

locuitori.

Viiturile cu probabilitatea de 1% apar cu o frecvenţă mai mare decât în trecut, fenomen

cauzat în principiu de schimbările climatice. În acest context lipsa unor hărţi de hazard şi de

vulnerabilitate la nivelul unui bazin hidrografic care să interzică construcţiile de locuinţe în zone

inundabile conduc la pagube inevitabile pe termen lung.

Practica mondială a demonstrat că apariţia inundaţiilor nu poate fi evitată, însă ele pot fi

gestionate, iar efectele lor pot fi reduse printr-un proces sistematic care conduce la un şir de

măsuri şi acţiuni menite să contribuie la diminuarea riscului asociat acestor fenomene.

Managementul inundaţiilor este uşurat de faptul că locul lor de manifestare este predictibil şi

adesea este posibilă o avertizare prealabilă, iar în mod obişnuit este posibil să se precizeze zona

care va fi afectată de inundaţii.

Lucrarea prezintă starea actuală a cunoaşterii ştiinţifice privind modelarea mecanismelor

şi a proceselor fizice care sunt implicate în fizica atmosferei şi în hidrologie, precum şi o sinteză

a modelelor din literatura de specialitate actuală, atât la nivelul ţării cât şi la nivel internaţional.

De asemenea, lucrarea urmăreşte trecerea din domeniul cercetării în domeniul aplicaţiei prin

prezentarea unor modele de reprezentare a proceselor hidrologice care să constituie, în acelaşi

timp, instrumente adaptate necesităţilor practice.

Scopul tezei de doctorat cu titlul “Riscul inundaţiilor în bazinul Dunării” îl reprezintă

dezvoltarea aspectelor ştiinţifice de cercetare în domeniul managementului riscului la inundaţii în

bazinul hidrografic al Dunării în contextul cerinţelor “Directivei privind evaluarea şi

managementul riscului la inundaţii “(2007/60/EC) precum şi a “Directivei Cadru pentru Apă”

(2000/60/EC).

Menţionez că “Directiva privind evaluarea şi managementul riscului la inundaţii “ asigură

coordonarea acţiunilor din cadrul unui Bazin\district hidrografic pentru:

-evaluarea preliminară a riscului la inundaţii;

-elaborarea hărţilor privind hazardul şi riscul la inundaţii;

-elaborarea Planului de management al riscului la inundaţii.

Modalităţi de realizarea a hărţilor de hazard şi risc la inundaţii în conformitate cu cadrul

legislativ prevăzut de “Directiva Cadru pentru Apă” (2000/60/EC) au fost prezentate de

Stegmaier(2008), Spachinger et al.(2008), Stravs(2008).

Aplicaţia a fost realizată pe un sector pilot al luncii inundabile a Dunării, de interes major

privind amenajarea sectorului si aplicarea măsurilor de redimensionare, respectiv incintele

Ghidici-Rast-Bistreţ, Bistreţ-Nedeia-Jiu, Jiu-Bechet, Bechet Dăbuleni, Dăbuleni-Potelu-Corabia.

Datele necesare au fost obţinute de la Institutele de cercetare aflate sub autoritatea

Ministerului Mediului- Administraţia Naţională de Meteorologie sau în coordonare respectiv

Institutul Naţional de Cercetare şi Dezvoltare "Delta Dunării" - INCDDD Tulcea, Administraţia

Naţională "Apele Române" (ANAR), Institutul National de Hidrologie şi Gospodărire a Apelor

(INHGA).

Teza de doctorat a fost structurată în două părţi. Prima parte cuprinde capitolele 1-4 şi

prezintă descrierea bazinului Dunarii si a problematicii inundatiilor precum si studiul

principalelor metode şi modele care au fost aplicate în a doua parte a lucrarii (capitolele 5-9).

A. Cercetare documentară: problematica, metode şi modele CAPITOLUL I. DESCRIEREA BAZINULUI FLUVIULUI DUNĂREA

Capitolul 1 este o prezentare a bazinului hidrografic al fluviului Dunărea cu bazinele şi

sectoarele sale, a hidrografiei cu principalii afluenţi, a climatului şi hidrologiei, a luncii Dunării,

un istoric al amenajării luncii Dunării în zona Oltenia şi o prezentare a conceptelor de renaturare,

reabilitare, reconstrucţie ecologică, a zonei inundabile româneşti a Dunării şi aspecte legate de

cerinţele Directivei 60 din 2007 a Parlamentului European privind managementul riscului la

inundaţii care la articolul 14, cere ca statele membre să acorde râurilor mai mult spaţiu şi redarea,

acolo unde este posibil, a zonelor altădată inundabile. În varianta „poldere în loc de diguri",

Directiva Uniunii Euopene propune construcţia prioritară a polderelor în defavoarea digurilor.

Soluţia construirii polderelor este mai ieftină decât a îndiguirii albiei râurilor. Mai mult,

terenul unui polder nu necesită exproprieri întrucât suprafaţa acestuia poate fi folosită în

continuare de proprietari pentru culturi agricole. Asemenea zone umede, de renaturare coincid cu

locurile unde s-au produs în trecut ruperi de diguri: Rast, Bistreţ, Nedeia, Călăraşi.

Indiferent de termenul folosit în occident, dar şi la noi în ţară, acest curent ecologic a

căpătat o mare amploare şi s-a concretizat în câteva acţiuni practice al căror coordonator este

WWF-Auen,Germania (Institutul luncilor şi zonelor inundabile )

La noi în tara, acţiuni de refacere a luncilor inundabile s-au efectuat pe teritoriul

rezervaţiei biosferei Delta Dunării. Astfel, în 1993-1994 au fost inundate 2 ostroave de pe Braţul

Chilia: - Ostrovul Babina cu suprafaţă de 2237 ha;

- Ostrovul Cernovea cu peste 1000 ha.

Aceste suprafeţe reprezintă cea mai mare suprafaţă inundabila din Europa ce a fost supusă

procesului de renaturare.

O suprafaţă de 15 mii (15%) ha zone îndiguite a fost reconectată la sistemul natural şi a

redevenit zonă umedă, în perioada 1995-2004, în cadrul Programului de reconstrucţie ecologică,

finanţat de Ministerul Mediului şi parţial de Banca Mondială.

În vederea îmbunătăţirii capacităţii naturale de autoepurare a fluviului WWF a lansat în

cadrul programului de "REDUCERE A POLUARII PE DUNĂRE", acţiunea numită

"CORIDORUL VERDE AL DUNĂRII". În data de 5 iunie 2000, Ministerele Mediului din

România, Bulgaria, Moldova şi Ucraina au semnat Declaraţia „Coridorul Verde al Dunării

Inferioare“ recunoscând necesitatea şi responsabilitatea de a conserva şi administra în mod

durabil una dintre regiunile cu cea mai mare biodiversitate din lume.

Aceasta acţiune vizeaza identificarea de-a lungul Dunării a unor foste zone inundabile

care au un potenţial ecologic ridicat şi din punct de vedere economic, urbanistic şi sunt pretabile

inundării. S-au identificat astfel de-a lungul întregii Dunări 17 zone, iar pentru Romania, sunt

propuse 6 zone ce prezintă potenţial ecologic şi economic adecvat printre care şi Balta Potelu

(între Bechet şi Corabia);

CAPITOLUL 2 METODE DE ANALIZĂ A DEBITELOR DUNĂRII

Capitolul 2 este dedicat metodelor de analiză statistică folosite în interpretarea seturilor de

date necesare estimării producerii unor fenomene extreme. Cunoaştera climatologică ce se

realizează cu ajutorul analizei statistice ne permite o evaluare a debitelor atât spaţial cât şi

temporal.

Teoria valorilor extreme constituie un instrument eficient de estimare a riscului producerii

unor evenimente cu efecte catastrofale. Analitic vorbind, se pot diferenţia două mari categorii de

modele pentru valorile extreme. Cele două categorii sunt: grupul modelelor de maxim şi grupul

modelelor de vârfuri peste limită - POT – peaks over threshold. Din prima categorie face parte

distribuţia valorilor extreme generalizată, iar a doua categorie este reprezentată de distribuţia

Pareto generalizată.

Teoria statistică a valorilor extreme constituie o modalitate eficientă de caracterizare a

fluctuaţiilor temporare ale unui fenomen, cu comportament stocastic. Această abordare este

legată de o serie de înregistrări istorice ale unor manifestări extreme (maxime sau minime) ale

fenomenului studiat, în cazul nostru inundaţii.

O metoda folosită pentru a identifica modelele de circulaţie asociate cu evenimente

hidrologice extreme pe fluviul Dunărea este analiza cluster-k medii. Am folosit algoritmul lui

Hărţigan şi Wong (1979). Această metodă împarte setul de date într-un set predefinit de clustere,

astfel încât să reducă la minimum răspândirea valorilor din fiecare kluster. Algoritmul căută apoi

cea mai bună împărţire, având în vedere centroizi aleatorii. Prin repetarea acestui algoritm cu

iniţializare aleatorie şi verificarea reproductibilităţii centroizilor, această metodă poate oferi un

criteriu de evaluare a validităţii împărţirii în clustere k distincte (Michelangeli et al, 1995).

Regimurile atmosferice în întreaga Europă, atât iarna şi vara, sunt clasificate în general în patru

regimuri meteorologice (Corti et al, 1999; Yiou et al., 2008; Michelangeli et al., 1995; Cassou et

al., 2004), indiferent de metoda utilizată pentru a determina clasificarea.

De asemenea este prezentată şi metoda hărţilor compozite. Metoda foloseşte o serie de

timp şi un set de hărţi asociate seriei de timp. Seria de timp poate fi prelucrata în prealabil şi se

poate lucra cu o serie de anomalii. Metoda hărţilor compozite selectează din setul de hărţi pe cele

semnificative, cele corespunzătoare unei anumite condiţii ale variabilei din seria de timp

CAPITOLUL 3. MODELAREA HIDROLOGICĂ

În capitolul 3 „Modelare hidrologică” sunt prezentate modele hidrologice evidenţiate în

literatura de specialitate, o sistematizare a lor după o serie de criterii cum ar fi: tipul procesului

fizic descris, scara temporală, spaţială, tipul de bazi, o desriere a celor mai utilizate modele

hidrologice la scara internaţională dar şi a unor modele hidrologice dezvoltate în România

(Potop, Unda).

Am făcut o prezentare mai detaliată a modelului hidraulic SOBEK dezvoltat de Delft

Hydraulics care este un pachet software integrat pentru descrierea hidraulică a curgerii râurilor şi

managementul apelor din zonele urbane şi rurale, ce a fost utilizat pentru simularea scenariilor de

inundabilitate.

Ecuaţii generale ale modelului.

Debitul de apă este calculat prin rezolvarea completă a ecuaţiilor Saint Venant. Pentru o

curgere dimensională sunt rezolvate ecuaţiile de continuitate şi ecuaţiile de mişcare (simplificată

fără termenii ce conţin viteza vântului şi densitate). Ecuaţiile de continuitate:

lat

fq

t

Q

t

A

(13 )

în care:

Af =Aria udată [m2];

(aria secţiunii transversale care este udată de apă, fig.2, în teză)

qlat = debitul lateral pe unitatea de lungime [m2/s];

(volumul de apă ce intră sau părăseşte modelul într-un nod sau segment al reţelei)

Q = debitul [m3/s];

t = timp [s]

x = distanţă [m]

Ecuaţiile de mişcare:

02

2

f

f

f

BRAC

QgQ

x

hgA

A

Q

xt

Q (14)

în care:

Q = debitul [m3/s]; t = timp [s]

x = distanţă [m]; αB = coeficientul Boussinesq [-]

Af =Aria udată[m2]; g = acceleraţia gravitaţională [m/s

2]

h = nivelul apei [m]

C = coeficientul Chézy [m1/2

/s] (coeficient de frecare ce ţine cont de rugozitatea

albiei)

R = raza hidraulică [m] (definită ca fiind raportul dintre aria udată şi lungimea

perimetrului udat în secţiune transversală a unui curs de apă)

Primul termen descrie inerţia, al doilea termen descrie convecţia, al treilea termen descrie

gradientul adâncimii apei, al patrulea termen descrie frecarea.

CAPITOLUL 4. HAZARD ŞI RISC

În cadrul acestui capitol sunt prezentate noţiuni legate de hazard şi risc la inundaţii. În

cadrul managementul riscului la inundaţii, hazardul este definit ca probabilitatea de apariţie a

unui fenomen ce generează pagube potenţiale într-o anumită perioadă de timp şi pe o anumită

zonă. Când apare un astfel de hazard, paguba depinde de elementele de risc. Elementele expuse

hazardului sunt populaţia, clădirile, lucrările inginereşti, activităţile economice, serviciile publice

şi infrastructura. Această listă nu este însă limitată şi depinde de scopul analizei de hazard şi

vulnerabilitate care se efectuează (proiectul Danube Flood Risk, 2010).

Conform prevederilor DIRECTIVEI 2007/60/CE din 23 octombrie 2007, privind

evaluarea şi gestionarea riscurilor de inundaţii, extras din articolul 6:

- Statele membre realizează hărţi de hazard şi hărţi de risc de inundaţii la nivelul

districtului hidrografic sau al unei unităţi de gestionare

- Hărţile de hazard acoperă zonele geografice care ar putea fi inundate în următoarele

cazuri: (a) inundaţii cu probabilitate mică sau în cazuri extreme;

(b) inundaţii cu probabilitate medie (perioada probabilă de revenire ≥ 100 ani);

(c) inundaţii cu probabilitate mare, după caz

Pentru fiecare caz menţionat, sunt indicate următoarele elemente:

(a) dimensiunile inundaţiilor;

(b) adâncimea sau nivelul apelor, după caz;

(c) după caz, viteza de curgere sau debitul de apă relevant.

Hărţile de risc de inundaţii indică potenţialele efecte negative asociate cazurilor de

inundaţii menţionate şi exprimate în următorii termeni:

(a) numărul aproximativ de locuitori potenţial afectaţi;

(b) tipul de activitate economică din zona potenţial afectată;

(c) instalaţiile, astfel cum sunt menţionate în anexa I la Directiva 96/61/CE a

Consiliului din 24 septembrie 1996 privind prevenirea şi controlul integrat al poluării, care pot

produce poluare accidentală în cazul inundaţiilor şi zonele protejate potenţial afectate enumerate

în anexa IV punctul 1 punctele (i), (iii) şi (v) la Directiva 2000/60/CE;

(d) alte informaţii pe care statul membru le consideră utile, cum ar fi indicarea

zonelor unde pot apărea inundaţii cu un conţinut mare de sedimente transportate şi inundaţii cu

sedimente grosiere şi informaţii privind alte surse importante de poluare.

- Statele membre se asigură că hărţile de hazard şi hărţile de risc de inundaţii sunt

finalizate până la 22 decembrie 2013.

Tot în acest capitol sunt prezentate principalele categorii de pagube, modalitatea de

evaluare a lor ţinând cont de cele două componente hazard şi a vulnerabilitate, precum şi de scara

de evaluare.

B. Aplicatii de interes si contribuţiile personale

CAPITOLUL 5. INUNDAŢIILE PE SECTORUL ROMÂNESC AL FLUVIULUI

DUNĂREA

Partea doua a lucrării începe cu capitolul 5 în care s-a urmărit o documentare foarte

elaborată privind inundaţiile din România şi în special inundaţia catastrofală din anul 2006. Tot în

acest capitol se propune o interpretare statistică a fenomenelor atmosferice care generează

anomalii ale debitelor fluviului Dunărea, de indentificare a proceselor fizice ce generează

structura atmosferică şi implicit debitele Dunării, un studiu statistic al anomaliilor debitelor

fluviului precum şi o corelaţie a acestor anomalii cu structura atmosferică corespunzătoare.

În cadrul acestui capitol al tezei de doctorat am studiat corelaţia între frecvenţa apariţiei

fenomenelor hidrologice extreme (debite maxime) ale Dunării în anotimpul iarna şi fazele

indicelui NAO, constatându-se că acesta influenţează puternic variabilitatea debitului Dunării.

5.1. Scurt istoric al inundaţiilor pe Dunăre

Potrivit lui Kresser (1957), cele mai vechi dovezi privind inundaţiile sunt din anul 1012.

Alte inundaţii, aşa cum apare în Analele istorice, au avut loc în 1210, 1344, 1402, 1466, 1490,

1499. Există dovezi indirecte că aceste inundaţii au fost de o mărime comparabilă cu inundaţiile

cu 1899 1954 (referinte). Inundaţiile din august 1501 pot fi luate drept cele mai mari inundaţii,

care a fost vreodată observate pe Dunărea superioară, după înregistrările Serviciului Hidrologic

Austriac. Vârful de descărcare a viiturii de la Viena a fost estimat la 14 000 m3/s. Există, de

asemenea, unele dovezi despre inundaţii în secolul al XVI-lea şi al XVII-lea (1594, 1598, 1670,

şi 1682). Cele mai grave inundaţii s-au produs în secolul XVIII (1787) - aşa-numită " Inundaţia

Tuturor Sfinţilor "- la sfârşitul lunii octombrie şi începutul lunii noiembrie (referinte). Debitul

maxim de descărcare de la Viena a fost de 11 800 m3/s după acelaşi Serviciu Hidrologic

Austriac.

Istoricul inundaţiilor în România

În România viiturile reprezintă un fenomen frecvent. S-au consemnat cu regularitate în

decursul anilor viituri catastrofale: 10 în decursul secolului al XVI-lea, 19 în secolul XVII-lea, 26

în secolul al XVIII-lea, 28 în secolul al XIX-lea şi 42 în secolul XX. Frecvenţa de producere a

inundaţiilor şi amploarea acestora au crescut, datorită în principal schimbărilor climatice şi

reducerii capacităţii de transport a albiilor prin dezvoltarea, în general, a localităţilor în albia

majoră a cursurilor de apă.

Cele mai importante viituri produse pe teritoriul României, pe Dunăre, în perioada de

când există observaţii hidrologice sistematice, au fost în mai 1930, aprilie 1940, iulie 1942, mai

1955, iunie 1970, iunie 1988, aprilie 2004, aprilie 2005, anul 2006-cea mai mare (Gabor O.,

Şerban P., 2004).

Valori maxime ale debitelor medii zilnice înregistrate la Orşova, pe Dunăre, în perioada

1848-2005 sunt prezentate în teză, fig.13. Se observă că cel mai mare debit din acest interval este

corespunzător anului 1895, urmează anii 1888, 1897, 1981, 1942, etc. Cu excepţia viiturii din

anul 2006, viituri cu debite maxime mai mari de 15000 m3/s s-au mai înregistrat în anii: 1895

(15900 m3/s), 1897 (15400 m3/s) şi 1940 (15100 m

3/s).

5.2. Caracterizarea viiturii din anul 2006

In primăvara anului 2006, România s-a confruntat cu cele mai mari debite înregistrate

vreodată pe Dunăre, acestea afectând grav localităţile riverane. Cu toate eforturile autorităţilor,

8000850090009500

10000105001100011500120001250013000135001400014500150001550016000

11.0

3.06

13.0

3.06

15.0

3.06

17.0

3.06

19.0

3.06

21.0

3.06

23.0

3.06

25.0

3.06

27.0

3.06

29.0

3.06

31.0

3.06

02.0

4.06

04.0

4.06

06.0

4.06

08.0

4.06

10.0

4.06

12.0

4.06

14.0

4.06

16.0

4.06

18.0

4.06

20.0

4.06

22.0

4.06

24.0

4.06

26.0

4.06

28.0

4.06

30.0

4.06

02.0

5.06

04.0

5.06

06.0

5.06

08.0

5.06

10.0

5.06

12.0

5.06

14.0

5.06

16.0

5.06

18.0

5.06

20.0

5.06

22.0

5.06

data

debit Q(m3/s)

digurile Ghidici-Rast-Bistreţ, Bechet-Dăbuleni, Olteniţa-Surlari-Dorobanţu, Oltina şi Ciulineţ-

Isaccea au cedat, pe lungimi cuprinse între 50-100 m, inundând localităţile limitrofe, care au fost

evacuate. În zonele în care digurile longitudinale de la Dunăre au cedat, s-au acumulat cantităţi

importante de apă în spatele digurilor. În unele cazuri au cedat şi digurile de compartimentare a

incintelor, producând inundarea terenurilor agricole şi fermelor piscicole, şi parţial sau total a

unor localităţi extinse în zona inundabilă. Cedarea digurilor precum şi revărsarea Dunării în zone

neamenajate a condus la evacuarea a 15.834 persoane, afectarea a 154 localităţi, inundarea a

1.774 case din care 443 sunt distruse şi 134 sunt în pericol de prăbuşire. Au mai fost afectate

peste 4.700 anexe gospodăreşti, 64.350 ha teren arabil, 6,8 km drumuri naţionale şi 593 km

drumuri judeţene şi comunale. Din punct de vedere al evoluţiei hidrologice pe Dunăre în perioada ianuarie-decembrie

2006 a ieşit în evidenţă viitura excepţională înregistrată în luna aprilie, viitură care a avut

următoarele caracteristici:

a fost cea mai mare viitură înregistrată pe Dunăre la intrarea în ţară şi pe sectorul aval de

Porţile de Fier, în ultimii 100 de ani, atât din punct de vedere al debitelor/nivelurilor

maxime, dar şi a duratei foarte mari a nivelurilor situate peste COTELE DE

INUNDAŢIE;

s-au înregistrat debite istorice pe cursul superior al Dunării (Budapesta), precum şi pe

Tisa, chiar dacă pe ceilalţi afluenţi ai Dunării nu s-au înregistrat debite istorice, valorile

atinse au fost foarte mari, astfel că prin compunere şi propagare au condus la debitele

istorice şi pe teritoriul României;

nivelurile şi debitele istorice înregistrate au condus la inundaţii catastrofale, revărsări şi

distrugeri ale digurilor pe mai multe sectoare ale Dunării, soldate cu importante pagube

materiale.

Cauzele care au condus la viitura extraordinară din perioada aprilie – mai 2006 pe Dunăre

au fost următoarele:

situaţia meteorologică şi hidrologică din lunile anterioare (februarie, martie);

cedarea bruscă a apei din stratul de zăpadă din bazinul superior şi mijlociu al Dunării

începând cu ultima decadă a lunii martie, suprapusă cu efectul precipitaţiilor lichide

semnificative şi pe arii extinse la nivelul întregului bazin hidrografic pe parcursul întregii

Fig. 16 Hidrograful asociat inundaţiei din anul 2006

DEBITUL MEDIU ZILNIC AL DUNARII LA ORSOVA (iarna)

500

2500

4500

6500

8500

10500

12500

data(zi)

DE

BIT

Q(m

3/s

)

lunii aprilie, care au condus la debite importante la intrarea în ţară. Debitul maxim atins la

intrarea în ţară a fost în data de 16.04.2006 – 15800 mc/s.

5.3. Evenimente extreme (inundaţii) pe cursul inferior al Dunării în corelaţie cu NAO)

NAO (Oscilaţia Nord-Atlantică în abrevierea din l. Engleza North Atlantic Oscillation)

reprezintă unul din cele mai importante moduri de variabilitate a maselor de aer din Emisfera

Nordică, ce se manifestă în toate anotimpurile cu o influenţă deosebită în anotimpul iarna.

(Hurrel,1985) subliniază faptul ca NAO este în principal sursa de variabilitate interanuală şi

reprezintă cea mai importantă teleconexiune a zonei Atlantico-Europene de Nord. A fost

evidenţiată corelaţia între variabilitatea decenală a debitelor Dunării şi indicele NAO (Rîmbu

2002, 2004). Studii despre anomaliile vremii şi influenţa lor asupra debitelor Dunării, asupra

fenomenelor hidrologice extreme au fost efectuate cu regularitate în ultimul timp, cele mai

recente fiind cele făcute de către Andreeva (2008), Divac(2008), Mikhailov(2006).

Scopul acestui studiu este corelaţia comportamentului debitelor asociate fenomenelor

extreme (inundaţii) cu fazele indicelui NAO pentru aceeaşi perioadă de timp.

5.3.1. Datele utilizate

Pentru analiza statistică a debitelor Dunării am dispus de următoarele date :

- câmpul de presiune la nivelul mării (SLP) preluat de la National Centers for

Environmental Production–National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR),

set de date reanalizat de (Kalnay et al., 1996). Rezoluţia orizontală este 2.5°latitude ×

2.5°longitude şi perioada analizată este 1948–2005;

- serii de timp cu debite medii lunare şi debite medii zilnice măsurate în perioada 1840-

2005 la staţia hidrometrica Orşova preluate din două surse diferite, prima sursa

NCEP/NCAR şi a doua sursă INHGA;

- o altă sursă de date este cea a indicelui lunar NAO. (http://www.cpc.noaa.gov/)

5.3.2. Metoda de lucru

Din seria de timp a debitelor medii zilnice, s-au extras debitele medii zilnice pentru

anotimpul iarna şi s-au considerat fenomene extreme, acele fenomene ce aveau asociate debite

zilnice cu valoarea mai mare decât pragul considerat a fi deviaţia standard.(fig.17). A rezultat o

serie de intervale de timp în care au avut loc fenomene extreme şi valorile lor asociate.

Figura 1.1. Metoda hărţilor compozite

Fig. 17 Debit mediu zilnic al Dunării la staţia Orşova, pentru iarnă (Decembrie, Ianuarie, Februarie)

Faza pozitiva si negativa a Indicelui NAO sezonier (iarna)

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

18

40

18

46

18

52

18

58

18

64

18

70

18

76

18

82

18

88

18

94

19

00

19

06

19

12

19

18

19

24

19

30

19

36

19

42

19

48

19

54

19

60

19

66

19

72

19

78

19

84

19

90

19

96

20

02

timp (luna)

va

loa

re i

nd

ice

NA

O

Frecventa evenimentelor extreme - NAO negativ

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 18 19 21 22 24 26 29 31 45 55 62

lungimea evenimentului (zile)

nr.

de a

pari

ţie

Analizând evoluţia în timp a indicelui NAO pentru perioada de iarnă (Fig.18.) se poate

observă prezenţa valorilor mici ale indicelui la sfârşitul secolului XIX-lea precum şi în perioada

1950-1970, caracterizată practic printr-o tendinţă descrescătoare.

Aceasta tendinţă a avut o influenţă semnificativă asupra climatului din Europa, unde au

fost practic înregistrate temperaturi sub valoarea normală. Valori pozitive ale indicelui (vânturi de

vest puternice) se evidenţiază în perioada 1970-1996, remarcabile fiind maximele

corespunzătoare anilor 1983, 1989, 1990. Din 1980, NAO a rămas în faza puternic pozitivă, o

excepţie fiind în anul 1996, contribuind astfel la creşterea temperaturilor de la suprafaţa

pământului în Emisfera Nordică (M. Dima, S. Ştefan, 2008).

Suprapunând valorile medii zilnice ale debitelor peste fazele indicelui NAO mediu

sezonier, s-a analizat statistic frecvenţa apariţiei fenomenelor extreme pe cele doua faze: pozitivă

şi negativă. În tabelul 11, în teză, sunt prezentaţi în paralel anii corespunzători fazelor pozitivă

respectiv negativă în care s-au produs fenomene extreme..

Fig. 18 Seria valorilor medii sezoniere ale indicelui NAO

Fig. 21 Frecvenţa evenimentelor

extreme asociate fazei negative a NAO

Fig. 20 Frecvenţa evenimentelor

extreme asociate fazei pozitive aNAO

Ca urmare a analizei statistice s-a observat că pe faza negativă a fenomenului NAO

predomină fenomenele extreme, atât cele de scurtă durată, de la 1 la 5 zile cât şi cele de lungă

durată. În figurile 20, 21 sunt reprezentate grafic frecvenţa evenimentelor extreme, lungimea

evenimentului (durata, măsurată în zile) în funcţie de numărul de apariţii ale fenomenului.

Făcându-se o corelaţie între seria valorilor debitelor medii lunare înregistrate la staţia

Orşova şi seria indicelui mediu lunar al NAO pentru perioada 1930-2006, s-a obţinut un

coeficient de corelaţie ordinar (Pearson) R= - 0,25, ceea ce ne indică faptul că indicele NAO este

în opoziţie de fază cu anomaliile debitului (Fig.22).

Metoda hărţilor compozite foloseşte o serie de timp şi un set de hărţi asociate seriei de

timp. Seria de timp poate fi prelucrată în prealabil, în cazul de faţă, debite medii zilnice ale

Dunării la staţia hidrometrică Orşova.

Structura anomaliilor de presiune asociată anomaliilor debitelor se proiectează pe

structura anomaliilor de presiune asociată NAO. Rezultatul este consistent cu corelaţia negativă

dintre debitele medii lunare şi seria indicelui NAO pentru anotimpul iarna.

Fig. 22 Corelaţia debitelor

medii lunare cu indicele NAO

Fig. 23 Harta compozită cu anomaliile de SLP asociată anomaliilor de

debite proiectată pe structura anomaliilor de presiune asociate NAO

Pe harta compozită rezultată (fig.23) este reprezentată diferenţa dintre anomaliile pozitive

şi negative şi exprimă o amplitudine a fenomenului. Din punct de vedere fizic se observă că la

debite mari este o anomalie negativă de presiune pe zona Atlanticului, asociată cu o cantitate

mare de precipitaţii.

5.4. Concluzii

Influenţa pe care o are Oscilaţia Nord Atlantică (NAO) asupra circulaţiei maselor de aer şi

implicit asupra climei în Europa ne face să facem legătura între acest indice şi condiţiile

hidrologice. Se ştie că NAO, unul dintre cele mai importante moduri de variabilitate a campurilor

meteorologice din Emisfera Nordică, ce se manifestă în toate anotimpurile are o influenţă

deosebită asupra condiţiilor meteorologice şi implicit asupra regimului hidrologic, în anotimpul

iarna.

În acest capitol am investigat corelaţia între valorile extreme ale debitelor medii lunare, în

timpul iernii, cu fazele negativă şi pozitivă ale indicelui NAO. Din analiza statistică rezultă clar o

frecvenţă de apariţie şi o durată mult mai mare de producere a inundaţiilor în faza negativă a

indicelui NAO.

Coeficientul de corelaţie rezultat are valoare negativă ceea ce indică o opoziţie de fază a

NAO cu anomaliile debitului, lucru evidenţiat şi de frecvenţa studiată anterior.

De asemenea, prin folosirea metodei hărţilor compozite, în care structura anomaliilor de

presiune asociată debitelor se proiectează pe structura anomaliilor de presiune asociate NAO,

rezultatul obţinut este consistent cu corelaţia negativă dintre seria indicelui NAO şi seria

debitelor.

CAPITOLUL 6. METODOLOGIA ESTIMĂRII DEBITELOR

CORESPUNZĂTOARE EVENIMENTELOR EXTREME ÎN BAZINUL DUNĂRII

ŞI MODELE DE CIRCULAŢII ATMOSFERICE ASOCIATE

6.1. Importanţa studiului

În ultimii ani un efort deosebit a fost acordat studiului evenimentelor extreme şi variaţiei

lor (Easterling et al, 2000; Gong et al., 2004; Ekström et al., 2005; Palutikof et al., 1999). Prin

definiţie, evenimente extreme sunt rare, dar apar şi, uneori, depăşesc valorile anterioare.

O atenţie specială a fost acordată, de asemenea, acestor extreme legate de variabilele

hidrologice, precum seceta sau inundaţiile, deoarece pot produce o mare cantitate de pierderi

materiale şi victime umane (Yiou et al., 2006; Mares et al., 2008). Între 1998 şi 2002, Europa a

suferit peste 100 de inundaţii majore dăunătoare, inclusiv inundaţiile catastrofale de-a lungul

fluviilor Dunărea şi Elba în 2002 (Ulbrich et al., 2003 a, b; Bronstert et al., 1998). Din 1998,

inundaţiile au cauzat aproximativ 700 de victime, deplasarea a aproximativ jumătate de milion de

oameni şi cel puţin € 25 miliarde de euro în pierderilor asigurate economice (Agenţia Europeană

de Mediu, 2003). Inundaţiile grave de-a lungul Dunării, în 2005, a cauzat daune în continuare,

atunci când nivelul apei au ajuns la valori istorice, în special în partea de nord-vest a României

(Stanciu et al., 2005).

Folosind teoria valorilor extreme, se pot estima schimbările medii şi/sau variaţia de

distribuţie, precum şi de intensitate şi frecvenţă a fenomenelor extreme.

Deoarece inundaţiile sunt cauzate frecvent de situaţii meteorologice neobişnuite, este

important să se identifice modele tipice de vreme asociate cu apariţia acestor fenomene extreme.

Cu toate că multe studii se referă la legătura dintre circulaţia atmosferică şi variabile climatice

diferite, cum ar fi precipitaţii şi / sau temperatura (Fargoso şi Gomes, în 2008; Brunetti et al.,

2002; Wibig, 1999; Kysely şi Beranova, 2008; Yiou şi Nogaj, 2004), puţine a fost făcute în ideea

de a lega caracteristicile de vreme la scară largă de apariţia de fenomene hidrologice extreme.

Prin utilizarea debitelor râurilor, ar putea apărea un avantaj, datorită faptului că această variabilă

este mai puţin sensibilă decât precipitaţiile, deoarece reprezintă o integrare spaţială a

precipitaţiilor căzute pe o arie mare, mai ales atunci când bazinele hidrografice sunt suficient de

mari, cum e cazul bazinului hidrografic al Dunării.

Evenimente extreme trebuie să fie analizate pentru perioade relativ lungi (Knox, 2000) şi

la scară de timp de zi cu zi, pentru a surprinde caracteristicile sinoptice, care sunt responsabile în

declanşarea lor. Deoarece majoritatea seturilor de date atmosferice, au o rezoluţie lunară,

sezonieră, este destul de dificil de făcut studii detaliate ale caracteristicilor sinoptice legate de

producerea unor evenimente extreme (Jacobeit et al, 2003). În contextul setului de date zilnice de

SLP recent dezvoltate, în cadrul proiectului Emulate (et al Ansell., 2006), scopul este studiul

apariţiei unor debite extreme în bazinul inferior al Dunării în legătură cu diferite modelele de

circulaţie atmosferică şi un studiu statistic al comportamentului acestor evenimente extreme.

6.2. Date folosite

Datele folosite sunt serii de timp de debite zilnice ale Dunării de la staţia Orşova pe

perioada de timp 1840-2009 au fost puse la dispoziţie de Institutul Naţional de Hidrologie şi

Gospodărire a Apelor. Din acest set de date cu valori de debite zilnice, pentru fiecare anotimp al

anului, pentru perioada 1840-2009, au fost selectate sezoanele: iarnă definit ca DJF (decembrie-

ianuarie-februarie), primăvară MAM (martie-aprilie-mai), vară JJA (iunie-iulie-august) şi

toamnă, SON (septembrie-octombrie-noiembrie).

Deşi în analiza inundaţiilor variabila cea mai utilizată este maxima anuală, ne vom

concentra pe serii de timp zilnice sezoniere pentru a surprinde evenimente extreme, la o scară de

timp sezonieră. Alegem scara sezonieră de timp, deoarece maximele anuale nu sunt întotdeauna,

cu adevărat, extreme sezoniere, unele extreme sezoniere ar putea fi mascate de maximele anuale.

Valoarea medie zilnică a presiunii la nivelul marii (SLP), setul de date utilizat pentru a

calcula modele de circulaţie legate cu evenimentele extreme, a fost luat din datele reconstituite de

Ansell et al. (2006) în cadrul proiectului EMULATE- European and North Atlantic daily to

MULtidecadal climATE Variability. Acest set de date a fost obţinut utilizând date de la 86 staţii

continentale şi insulare distribuite pe regiunea delimitată între 70 ° W-50 ° E şi · 25 ° -70 N

(Ansell et al., 2006). Deşi aria de acoperire a acestor seturi de date este limitată la sectorul

Atlantic-European, am ales să folosesc acest set de date datorită seriei lungi de timp care se

extinde până în 1850.

6.3.Metodologia -Metoda Peaks over Threshold

Teoria valorilor extreme constituie un instrument eficient de estimare a riscului producerii

unor evenimente cu efecte catastrofale. Analitic vorbind, se pot diferenţia două mari categorii de

modele pentru valorile extreme. Cele două categorii sunt: grupul modelelor de maxim şi grupul

modelelor de vârfuri peste limită - POT – peaks–over-threshold. Din prima categorie face parte

distribuţia valorilor extreme generalizată, iar a doua categorie este reprezentată de distribuţia

Pareto generalizată. Teoria statistică a valorilor extreme constituie o modalitate eficientă de

caracterizare a fluctuaţiilor temporare ale unui fenomen, cu comportament stocastic. Această

abordare este legată de o serie de înregistrări istorice ale unor manifestări extreme (maxime sau

minime) ale fenomenului studiat, în cazul de faţă al inundaţiilor.

Dacă datele de zi cu zi sunt disponibile, metoda POT este propusă pentru a fi aplicată atât

timp cât avem la dispoziţie seturi de date mai mari şi se adaptează mai bine la distribuţiile

”heavy-tailed” (Cloes, 2001). Cu toate acestea, una dintre principalele cerinţe ale metodei POT

este alegerea valorii prag şi posibila lipsă de independenţă a valorilor extreme luate în

considerare în analiză.

Pentru a rezolva problema de a lucra doar cu o singură dată pe an, a fost introdusă

Distribuţia Generalizată Pareto (Generalized Pareto Distribution-GPD) (Pickands, 1975).

Modelele folosind metoda GPD au toate valorile mai mari decât un anumit prag dat u. Distribuţia

valorilor selectate folosind metoda POT ar trebui să aibă aproximativ o distribuţie Pareto

Generalizată (GPD), pentru un prag suficient de mare. Avantajul metodei GPD, în comparaţie cu

GEV, este că estimările GPD, de asemenea, iau în considerare toate observaţiile care depăşesc

pragul. Diferenţa dintre aceste valori şi pragul u sunt numite depăşiri peste prag şi se presupune

că au o distribuţie GPD. GPD este utilizată în studiile legate de valorile extreme, atât în

hidrologie cât şi climatologie (Katz et al., 2002; Naveau et al., 2005), precum şi în cazul

prejudiciilor cauzate de aceste evenimente (Smith, 2003).

Niveluri de revenire

Atunci când considerăm valorile extreme ale unei variabile aleatoare, una este nivelul de

revenire unui eveniment extrem, definit ca valoare, Zp, astfel că există o probabilitate „p” ca Zp,

este depăşit într-un an dat. Alternativ, nivelul care este de aşteptat să fie depăşit, în medie, de

fiecare dată într-un interval de 1 / p ani (1/p este adesea menţionată ca perioada de întoarcere). De

exemplu, în cazul în care nivelul de întoarcere de 100 de ani de debitele de la o staţie de dat se

dovedeşte a fi 15 000 m 3/s

, atunci probabilitatea unui debit de peste 15 000 m 3/s

în orice an este

de 1 / 100 = 0,01.

Analiza cluster k-medii

Metoda folosită pentru a identifica modelele de circulaţie asociate cu evenimente

hidrologice extreme pe fluviul Dunărea este analiza cluster-k medii. Am folosit algoritmul lui

Hărţigan şi Wong (1979). Această metodă împarte setul de date într-un set predefinit de clustere,

astfel încât să reducă la minimum răspândirea valorilor din fiecare kluster. Algoritmul căută apoi

cea mai bună împărţire, având în vedere centroizi aleatorii. Prin repetarea acestui algoritm cu

iniţializare aleatorie şi verificarea reproductibilităţii centroizilor, această metodă poate oferi un

criteriu de evaluare a validităţii împărţirii în clustere k distincte (Michelangeli et al, 1995).

După ce am decis ce metodă de grupare folosim, decizia cu privire la numărul de clustere

ce le vom folosi este foarte importantă. Regimurile atmosferice în întreaga Europă, atât iarna şi

vara, sunt clasificate în general în patru regimuri meteorologice (Corti et al, 1999; Yiou et al.,

2008; Michelangeli et al., 1995; Cassou et al., 2004), indiferent de metoda utilizată pentru a

determina clasificarea. Am ales 4 clustere pentru fiecare anotimp.

Paşii de urmat pentru a identifica modelelor de circulaţie asociate cu evenimente extreme,

în zona bazinului inferior al Dunării, sunt după cum urmează:

1.Am selectat, pentru fiecare anotimp zilele din datele de SLP atunci când debitul Dunării

a fost peste pragul care defineşte fenomenul extrem. Acest prag variază în funcţie de anotimp.

2.Am aplicat algoritmul de la pasul 1 pentru 1, 2 ... până la 7 zile întârziere în câmpul de

SLP.

3.Am generat harta compozită pentru domeniul SLP pentru aceste 7 zile. Harta compozită

a fost construită pe baza "n" hărţi X 7 (numărul de zile), unde "n" este numărul de ori în cazul în

care pragul a fost depăşit (de exemplu, n iarna = 1023, ceea ce înseamnă că pentru întreaga

perioadă analizată debitul Dunării a depăşit acest prag 1023 de ori).

4.Această hartă compozită, conţinând "n" hărţi, a fost apoi supusă la analiza de cluster k-

medii, în scopul de a identifica care sunt tiparele dominante de circulaţie care declanşează

evenimente extreme în bazinul inferior al Dunării.

6.4. Aplicarea Distribuţiei Generalizată Pareto la debitele sezoniere ale fluviului

Dunărea

Distribuţie GPD foloseşte mai multe informaţii decât un model bazat doar pe maxima

bloc (de exemplu, cea mai mare sau mai mică valoare din an).

Din acest motiv am fitat distribuţia GPD pentru seria noastră. Această metodă de abordare

contrastează cu maxima bloc prin care o observaţie e considerată o extremă, dacă depăşeşte un

prag înalt. Un prag care este prea mic este de natură să încalce baza asimptotică a modelului, să

conducă la deviaţii, în timp ce un prag care este prea mare va genera doar câteva valori extreme

cu care modelul poate fi estimat, conducând la o variaţie mare (Coles, 2001 ). Una dintre cele mai

dificile părţi în abordarea POT este identificarea unui prag adecvat. M-am concentrat asupra a

două metode pentru a identifica un prag adecvat (doar pentru anotimpul DJF sunt prezentate în

continuare):

1. O tehnică de explorare se efectuează înainte de estimarea modelului (mean rezidual

plot). Ideea metodei este de a identifica pragul până la care graficul este aproape liniar, luând în

considerare limitele de încredere de 95%.

2. Evaluarea stabilităţii estimării parametrului bazată pe ajustarea modelelor pe o întreagă

gamă de praguri diferite.

Pentru a testa precizia celor două metode în găsirea unui prag corespunzător am calculat

nivelul de încredere 90 şi 95 %. În cazul tuturor anotimpurilor pragul identificat folosind metoda

POT este situat între valorile de 90% şi 95% nivel de încredere. Am aplicat metode compozite şi

analiza de cluster folosind valorile corespunzătoare la 90% şi 95%, iar rezultatele sunt aproape

identice. Luând în considerare cele spuse, în tabelul 12 din teză, sunt prezentate rezultatele

identificate cu metoda POT. Tabelul 13 oferă estimări a nivelului de revenire pentru T = 2, 5, 10,

50 şi 100 de ani, pentru fiecare anotimp.

6.5. Modele de circulaţii atmosferice asociate debitelor extreme pe Dunăre pentru cele

patru anotimpuri

Debitele extreme mari ale Dunării sunt asociate cu circulaţii atmosferice specifice. Aceste

circulaţii produc precipitaţii extreme pe bazinul hidrografic, precipitaţii care la rândul lor

determină, cu o întârziere de ordinul zilelor, creşteri mari ale debitelor, creşteri care duc uneori la

inundaţii.

În acest studiu investigăm circulaţiile medii asociate debitelor extreme (mari şi mici) ale

Dunării la staţia Orşova. Deoarece circulaţiile asociate debitelor extreme sunt specifice fiecărui

anotimp în parte, analiza este făcută separat pentru anotimpul de iarna, vara, primăvara şi toamna.

Acesta este primul pas al unei analize mai detaliate a legăturii dintre circulaţiile atmosferice şi

debitele pe Dunăre.

6.5.1. Date şi metode.

Anotimpul de iarna este definit în studiul nostru ca fiind perioada 1 Decembrie al unui

anumit an până la 28 Februarie al anului următor, în total 90 zile. Aceasta perioadă acoperă lunile

de iarna Decembrie, Ianuarie şi Februarie (DJF-December, January, February). În studiul am

utilizat şirul valorilor debitului mediu zilnic înregistrat la staţia Orşova pe perioada 1850-2003

(154 ani). Circulaţia atmosferică este reprezentată cu ajutorul câmpului presiunii la nivelul mării

(SLP-sea level pressure). S-a utilizat reconstrucţia mediei zilnice a SLP din perioada 1850-2003

în cadrul proiectului EMULATE (Ansell et al. 2006)

6.5.2. Rezultate

Anotomipul iarna Circulaţia medie asociată debitelor mari din anotimpul iarna este reprezentată în Figura 26

(stânga). Se observă că debite mari în DJF se produc în condiţiile unei presiuni mici pe o arie care

se extinde de la Atlantic până în Marea Mediterana însoţită de o presiune ridicată în Groenlanda

şi nordul Scandinaviei (Fig. 26 stânga). Această circulaţie favorizează advecţia de umezeală din

Atlantic şi Mediterană spre bazinul hidrografic al Dunării. Presiunea scăzută din această regiune

indică o activitate ciclonică intensă care favorizează transformarea acestui surplus de umiditate în

precipitaţii. În aceste condiţii şansa de a avea precipitaţii extreme pe bazinul hidrografic al

Dunării şi deci şi debite extreme este crescută.

Circulaţia asociată debitelor mici (Fig. 26 dreapta) prezintă un maxim de presiune în

regiunea Scandinaviei, care favorizează advecţia de aer rece şi uscat peste bazinul hidrografic al

Dunării. Persistenţa unui astfel de maxim, care este specific circulaţiilor de blocaj, duce la

cantităţi extrem de mici de precipitaţii pe bazinul Dunării şi deci la debite extrem de mici.

Fig. 26 Circulaţia medie (harta presiunii la nivelul marii) asociată debitelor mari (stinga) şi mici

(dreapta) ale Dunării în anotimpul iarna. Unitati hPa

Anotimpul primăvara

Circulaţiile medii asociate debitelor extreme sunt prezentate în Figura 27. Şi în acest caz

debite mari apar pe fondul unui minim de presiune în Atlantic cu extindere către zona

Mediteraneană şi un maxim în zona Groenlandei. Advecţia suplimentară de umiditate însoţită de

activitate ciclonică mai mare decât în mod normal determină cantităţi mari de precipitaţii de deci

şi debite mari. Harta medie corespunzătoare debitelor mici (Fig. 27 dreapta) prezintă structuri

spaţiale relativ complicate şi este dificil de interpretat.

Fig. 27 Circulaţia medie (harta presiunii la nivelul mării) asociată debitelor mari (stânga) şi mici

(dreapta) ale Dunării în anotimpul primăvara. Unităţi hPa

Anotimpul vara

Hărţile medie ale presiunii asociate debitelor extreme din timpul verii sunt prezentate în

Figura 28.

Fig. 28 Circulaţia medie (harta presiunii la nivelul mării) asociată debitelor mari (stânga) şi mici

(dreapta) ale Dunării în anotimpul vara. Unităţi hPa

Debite mari în anotimpul vara sunt asociate cu un minim extins de presiune în Atlanticul

de Nord şi zona Mediteranei (Fig.28, stânga). Aceasta circulaţie favorizează advecţia de

umiditate dinspre Atlantic spre Europa şi deci apariţia de precipitaţii extreme. Mediterana pare a

avea un rol mai puţin important. Aceste precipitaţii extreme determină debite extreme.

Anotimpul de toamna

Circulaţiile medii asociate debitelor mari şi respectiv mici din anotimpul de toamna sunt

prezentate în Figura 29. În cazul debitelor mari, atât centrul şi sudul Atlanticului de Nord, cât şi

regiunea Mediteranei este dominată de anomalii negative de presiune în timp ce regiunile

Groenlandei şi Scandinavia de presiuni ridicate (Fig. 29, stânga). Această circulaţie favorizează

advecţii puternice de umezeală atât din Atlantic cât şi din Mediterană pe bazinul hidrografic al

Dunării. În acest fel se produc precipitaţii mari şi deci şi debite mari.

Circulaţiile asociate debitelor mici (Fig. 29 dreapta) sunt greu de interpretat. Analiza

relaţiei dintre debite mici şi circulaţiile atmosferice necesită investigaţii suplimentare.

Fig. 29 Circulaţia medie (harta presiunii la nivelul mării) asociată debitelor mari (stânga) şi mici

(dreapta) ale Dunării în anotimpul toamna. Unităţi hPa

6.6. Discuţii şi concluzii

Rezultatele obţinute permit, pe de o parte, estimări ale debitelor pentru diferite perioade

de revenire, valori ce pot fi utilizate în determinarea hazardului, iar pe de altă parte, identifică

modele de circulaţii atmosferice asociate debitelor extreme ale Dunării.

Debite mari ale Dunării apar pe fondul unei circulaţii atmosferice care favorizează

advecţia aerului cald şi umed din Atalntic şi Mediterană către bazinul hidrografic al Dunării.

Această advecţie suplimentară de umezeală, împreună cu activitatea sinoptică intensificată duce

la producerea unor cantităţi mari de precipitaţii care se regăsesc în debite extreme pozitive ale

Dunării.

In cazul debitelor mici, doar circulaţia atmosferică din timpul iernii este interpretabilă din

punct de vedere fizic. Advecţia de aer uscat şi rece pe bazinul Dunării determină precipitaţii

scăzute şi deci debite mici. În celelalte sezoane circulaţiile asociate sunt mai greu de interpretat.

De aceea legătura dintre circulaţia atmosferică şi debitele extreme mici din primăvară, vară şi

toamnă necesită investigaţii suplimentare.

CAPITOLUL 7. STUDIUL DE INUNDABILITATE PE SECTORUL GHIDICI –

CORABIA DIN LUNCA DUNĂRII

Ca urmare a inundaţiilor catastrofale produse pe Dunăre în anul 1970 s-a declanşat un

vast proiect de îndiguire a luncii marelui fluviu şi de desecare a suprafeţelor acvatice, în cea mai

mare parte a lor. În acest mod, cele mai mari suprafeţe umede de pe teritoriul României au fost

eliminate şi terenurile redate agriculturii. În ultimii 50 de ani râurile din România ca de altfel

majoritatea râurilor din Europa şi de pe mapamond, au suferit profunde transformări în vederea

utilizării funcţiilor acestora pentru dezvoltarea activităţilor economico-sociale.

Directiva Cadru pentru Apă (CE/60/2000) şi Directiva Inundaţii (2007/60/CE)

promovează un nou concept privind amenajarea râurilor, având printre obiectivele principale

reducerea riscului la inundaţii şi conservarea biodiversităţii mediului acvatic.

“Mai mult spaţiu pentru râuri” sunt cuvinte cheie, care ilustrează ideea politică ce

domină în prezent vestul Europei, prin care se susţine necesitatea redării râurilor a ceea ce “le-

am luat” – luncile inundabile – pentru ca acestea să dreneze corespunzător viiturile, în locul

încorsetării râurilor între diguri.

În noul concept de amenajare, măsurile structurale se vor limita la cele absolut necesare şi

anume:

• realizarea de lacuri de acumulare strategice în zonele de formare a viiturilor, în vederea

asigurării cu apă a folosinţelor şi reducerii riscului producerii unor inundaţii; Pentru lacurile

de acumulare situate pe cursurile de apă cu specii migratoare se vor realiza pasaje de trecere

pentru biotă;

• realizarea de poldere cu inundare dirijată, pe sectoarele mijlocii şi inferioare ale cursurilor de

apă, în vederea atenuării debitelor maxime ale viiturilor;

• realizarea de îndiguiri pe sectoare scurte de râu pentru apărarea împotriva inundaţiilor a

localităţilor şi a unor obiective economico-sociale foarte importante;

• renaturarea râurilor şi crearea unor habitate adecvate pentru conservarea şi dezvoltarea florei

şi faunei acvatice.

Prin renaturarea râurilor se oferă noi spaţii pentru atenuarea viiturilor şi noi spaţii

pentru natură reprezentate de luncile inundabile.

.

În cadrul studiului, s-au utilizat rezultatele obţinute în proiectul de redimensionare

ecologică a Dunării (REELD,2008) care îmbină cerinţele de reducere a nivelului Dunării prin

Înainte de renaturare După renaturare

reanaturarea / stocarea de apă în incintele pretabile pentru aceste utilizări cu stocarea unui

volum de apă (grad de umplere) cât mai mic (evacuarea apei şi implicit staţionarea să se facă

într-un interval de timp cât mai scurt) şi s-au realizat următoarele scenarii pe sectorul Ghidici –

Corabia.

- Regimul fără inundare So (de referinţă).

- Regimul de inundare liberă a polderelor SN (renaturare);

- Regimul de inundare controlată SC – cota digurilor la 90% din valoarea maximă a

nivelului din 2006;

7.1. Localizarea zonei studiate

Zona de studiu este situată pe sectorul Turnu Severin –Călăraşi şi este formată din

incintele Ghidici-Rast-Bistreţ, Bistreţ-Nedeia-Jiu, Jiu-Bechet, Bechet Dăbuleni, Dăbuleni-Potelu-

Corabia (fig.30).

Fig. 30 Localizarea incintelor agricole

7.2. Schematizarea în modelul SOBEK

În cadrul studiului s-a folosit pachetul SOBEK RURAL ce oferă un instrument de înaltă

calitate pentru modelarea hidraulică a curgerii râurilor în zonele joase şi în zonele deluroase, a

sistemelor de irigare, sistemelor de drenaj. Modelul numeric propriu-zis, ce efectuează simulări (calcule numerice)

uni/bidimensionale de curgere permanentă/nepermanentă turbulentă, are la baza ecuaţiile Saint-

Venant. Modelarea numerică bazată pe rezolvarea ecuaţiilor Saint-Venant este o problemă de

calcul numeric cu condiţii iniţiale şi la limită (Horrit M.S., Bates P.D. 2002).

Scenariile hidrologice au fost realizate utilizând modelul hidrodinamic 1D2D al Dunării

pe sectorul Gruia – Chiciu_Silistra. Softul de modelare hidrodinamică utilizat este Sobek

2.11.002c 1D2D.

7.2.1.Schematizarea modelului 1D FLOW

Schematizarea 1D a unui râu se face cu ajutorul nodurilor, tronsoanelor şi secţiunilor. Un

nod este folosit pentru o bifurcaţie, o confluenţă sau o graniţă. Nodurile sunt definite în plan

orizontal şi au coordonate x şi y. Între două noduri, se defineşte un tronson (segment, în fig.35,

36). El reprezintă valoarea reală a râului între bifurcaţii, confluenţe sau graniţe. Secţiunile

transversale au rol de a ajuta la determinarea diferitelor niveluri şi lăţimi ale albiei râului.

7.2.2. Date de intrare 1D

a) Debitul la intrare şi nivelul la ieşire (Q H)

Ca date de intrare modelul foloseşte seria de timp a debitelor pentru nodul de graniţă de la

intrare şi seria de timp a nivelurilor pentru nodul de graniţă de ieşire. S-au folosit seriile zilnice

ale debitului Dunării la staţia Gruia şi cele ale nivelurilor la staţia Chiciu_Silistra.

b) Secţiuni transversale

În model au fost introduse secţiuni transversale ale albiei râului preluate de pe toată

lungimea. Distanţa dintre secţiunile transversale ale şenalului Dunării este de 100m (figura 37),

ridicările batimetrice fiind făcute în 2007, 2008 şi actualizate în 2009 şi 2010 (Danube

FLOODRISK Project, 2010). c) Coeficienţi de rugozitate

Coeficienţii de rugozitate reprezintă rezistenţa la curgerea apei în canale şi albii ale

râurilor. Modulul SOBEK-flow utilizează valoarea indicelui de frecare Chézy în rezolvarea

ecuaţiilor de mişcare.

Un exemplu de schematizare hidraulică conţinând principalele obiecte hidraulice utilizate

(nod, tronson, secţiune transversală) este prezentat în figura 40.

e) Pasul de timp utilizat pentru rularea simulărilor hidraulice se poate alege de către

utilizator într-o gama largă de timp pornind de la secunde şi ajungând până la zile. În practica nu

se depăşeşte un pas de timp de 1 zi iar pentru schematizări hidraulice complexe este indicat un

pas de timp mai mic (1…6 ore).

7.2.3.Schematizare 1D2D (modul Overland)

Pentru simularea inundării unor incinte sau poldere, realizarea de breşe în diguri, ruperi de

diguri sau baraje trebuie utilizat modulul specializat 2D care permite o simulare hidraulică

bidimensională a regimurilor hidrologice enumerate mai sus.

Date de intrare 2D

Pe lângă datele introduse în cazul modelului 1D vor fi introduse date noi: gridul zonei

inundate, modelul digital al terenului.

nod

tronson

Secţiune

transversa

lă

Fig. 40 Imagine din model cu schematizarea hidraulică

a) Gridul zonei inundate(fig.41)

Fig. 41 Imagine din model cu gridul zonei de studiu

b) Modelul digital al trenului (fig.43)

Pentru realizarea modelelor digitale ale terenului corespunzătoare incintelor agricole

necesare scenariilor de inundabilitate s-au utilizat ridicările topografice făcute cu tehnologia

LIDAR (figura 42) (REELD, 2008, DANUBE FLOODRISK PROJECT, 2010)

Fig. 43 Utilizarea tehnologiei LIDAR pentru realizarea modelului digital al terenului

Date de ieşire

Datele de ieşire ale modelului pot fi obţinute pentru fiecare nod al reţelei, pe fiecare

tronson din reţea, sau despre comportamentul întregii reţele. Nivelul, adâncimea, volumul apei în

orice nod al reţelei hidraulice

În figura 44, în teză, este prezentată posibilitatea de obţinere a datelor de ieşire într-un nod

al reţelei. Pot fi date referitoare la nivelul apei, adâncime, volum. Se poate selecta pasul de timp,

felul valorii (curenta, medie. maximă)

b) Debitul, viteza în orice tronson al reţelei hidraulice.

La fel putem obţine informaţii despre debit şi viteza într-un tronson de râu (fig.45)

c))Nivelul, adâncimea zonei inundate şi viteza de inundare

O facilitate utilă a softului este reprezentarea secţiunii longitudinale a întregii

schematizării hidraulice sau doar a celei selectate cumulată cu dinamica nivelurilor (fig.47). Se

pot face simulări şi se poate vizualiza dinamica nivelurilor apei de-a lungul albiei.

Există o gamă foarte largă de posibilităţi de vizualizare a rezultatelor sub forma de hărţi, grafice

sau tabele. În figura 48 sunt prezentate rezultate sub formă de grafice pentru un nod.

7.3. Metoda de lucru

Etapele de procesare sunt sintetizate în figura 49.

Scenariile propuse pentru analiză sunt următoarele :

- Regimul fără inundare So (de referinţă).

- Regimul de inundare liberă a polderelor SN (renaturare);

Regimul de inundare controlată SC – cota digurilor la 90% din valoarea maximă a

nivelului din 2006 (stocarea apei la niveluri maxime, figura 51) .

Fig. 49 Schema bloc a etapelor de procesare

7.4.Rezultate şi concluzii

Pentru scenariul So nu s-a utilizat modelul digital al terenului (DEM), modelarea fiind 1D,

iar pentru SN şi SC , modelare 1D2D, s-a utilizat DEM cu dimensiune celulei de 500 m.

S-au urmărit următoarele obiective :

- Reducerea nivelurilor în cazul scenariilor SN şi SC faţă de scenariul de referinţă So;

- Dinamica regimului de inundabilitate a incintelor agricole în cazul scenariilor SC şi SN.

În figura 55 sunt prezentate nivelurile Dunării la staţiile Calafat, Bistreţ, Bechet pentru perioada

nivelurilor maxime din 2006 (1.03.2006 – 31.06.2006).

Se poate observa reducerea nivelurilor maxime ale Dunării în amonte de Corabia în cazul

renaturării incintelor agricole respectiv a utilizării lor ca rezervoare de stocare (tabelul 14 ).

Tabel 14 Reducerea nivelurilor maxime ale Dunării în cazul scenariilor SN şi SC

Staţia Scenariul

SN

Scenariul SC

Gruia 0.52 m 0.20 m

Calafat 1.1 m 0.34 m

Bistreţ 1.7 m 0.45 m

Bechet 1.6 m 0.30 m

Calafat Bistreţ

Bechet

Fig. 55 Nivelurile Dunării la staţiile Calafat, Bistreţ, Bechet pentru perioada nivelurilor maxime din 2006

(1.03.2006 – 31.06.2006

Procesul de inundare în cazul scenariului SC este exemplificat în figura 56 şi anume la

depăşirea cotei stabilite pentru dig (90% din nivelul maxim) are loc inundarea incintei agricole.

O secvenţă a regimului de inundabilitate pentru SN este prezentat în figura 57.

Fig. 57 Inundarea incintelor agricole pentru niveluri maxime în regim natural

O secvenţă a regimului de inundabilitate pentru SC este prezentat în figura 58.

Fig. 58 Inundarea incintelor agricole pentru niveluri maxime în regim de stocare de apă

Distribuţia pe clase de adâncime este prezentată în figurile 59, 60.

Fig. 59 Distribuţia pe clase de adâncime

În concluzie, utilizând rezultatele obţinute în proiectul de redimensionare ecologică a

Dunării (REELD, 2008) care îmbină cerinţele de reducere a nivelului Dunării prin

reanaturarea/stocarea de apă în incintele pretabile pentru aceste utilizări cu stocarea unui volum

de apă (grad de umplere) cât mai mic (evacuarea apei şi implicit staţionarea să se facă într-un

interval de timp cât mai scurt) în acest capitol s-au realizat scenarii de inundabilitate pe sectorul

Ghidici –Corabia.

Rezultatele simulării scenariilor hidrologice permit determinarea suprafeţelor inundate şi

a adâncimilor apei pentru fiecare valoare a debitului Dunării la intrarea în sectorul analizat,

precum şi realizarea hărţilor de inundabilitate pentru regimurile hidrologice semnificative ale

Dunării. Rezultatele modelării hidraulice ne dau informaţii despre nivelul, adâncimea şi volumul

apei, despre debit şi viteza pe un tronson.

Prezentarea secţiunii longitudinale a întregii schematizări hidraulice poate fi folosită

pentru simulări în care se poate vizualiza dinamica nivelurilor apei de-a lungul albiei.

Pornind de la studiul de pretabilitate pentru incintele agricole, folosind modelul hidraulic

şi modelul digital al terenului, în cazul diverselor scenarii, s-a observat o reducere a nivelurilor în

cazul scenariilor de renaturare şi de inundare controlată faţă de scenariul de referinţă, lucru

evidenţiat pe graficele debitelor maxime la diferite staţii hidrologice pentru cele trei scenarii.

Informaţiile referitoare la probabilitatea de producere a inundaţiilor obţinute cu metodele

statistice, coroborate cu scenariile ce dau informaţii legate de dimensiunile inundaţiei, adâncimea

sau nivelul apei, după caz, viteza de curgere a apei sau debitul pot fi folosite pentru realizarea

hărţilor de hazard de inundaţii.

SN

SC

CAPITOLUL 8

METODE DE EVALUARE A PAGUBELOR DIRECTE PRODUSE DE

INUNDAŢII ÎN DIVERSE ŢĂRI CU POSIBILE APLICAŢII ÎN ROMÂNIA

În acest capitol sunt prezentate metode de evaluare a pegubelor directe produse de

inundaţii în diverse ţări, la diferite scări de evaluare, pornind de la evaluarea vulnerabilităţii,

tipologii de utilizări ale terenurilor, caracterizarea hazardului, funcţii de calcul utilizate şi la

finalul fiecărui caz se analizează posibilitatea de aplicare în România.

8.1. Scara macro de evaluare - Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în

Germania, metoda Atlasului Rinului (IKSR 2001)

Aplicare posibilă în România

Această metodă este interesantă pentru contextul românesc, deoarece se bazează pe date

relativ puţine (dimensiunea inundaţiilor, MNT-Model Numeric al Terenului, în baza contururilor

hărţilor 1/25 000, Corine Land Cover etc.), care sunt disponibile şi în România.

Funcţiile pagubelor se exprimă într-un mod relativ, ceea ce le face aplicabile contextului

românesc şi valorilor locale, deşi merită verificată relevanţa acestor funcţii ale pagubelor în

România, luând în considerare faptul că adâncimea apelor în cazul producerii inundaţiilor este

aproape singurul criteriu critic pentru pagube (alături de viteza de curgere a apei, care aduce în

atenţie efectul inerţial)..

Cu toate acestea, chiar dacă abordarea poate fi considerată o metodă relativ fezabilă la

nivel naţional în România, relevanţa acesteia la nivel local nu este certă.

8.2.Scara mezo de evaluare

8.2.1. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în FRANŢA

Aplicare posibilă în România

La fel ca în cazul studiilor la scară mezo şi micro, hazardul este caracterizat prin modelare

hidraulică în cadrul metodei Loire Moyenne. Cu toate că aceasta nu este disponibilă în România

în prezent, modelarea hidraulică este încă în curs de dezvoltare şi este posibil ca astfel de date să

devină disponibile.

Un punct interesant din cadrul acestei evaluări îl reprezintă curbele pagubelor, care nu se

bazează întotdeauna pe valori liniare ale adâncimii de inundare, ci sunt simplificate folosindu-se

fie categorii de adâncimi de inundare, fie numai parametrul 'inundat/neinundat', care poate fi

suficient pentru evaluarea pagubelor din România pentru majoritatea categoriilor de bunuri. Se

iau în considerare şi alţi parametri în afara adâncimii, cum ar fi durata şi anotimpul, parametri

critici pentru agricultura.

Funcţiile pagubelor au fost particularizate pentru studiu utilizând estimări ale experţilor.

Având în vedere că nu există nici o bază de date în România, această abordare poate fi interesantă

pentru stabilirea relaţiilor asociate pagubelor.

8.2.2. Metoda BCEOM-CEMAGREF (2006)

Aplicare posibilă în România

Această abordare este prea mare consumatoare de resurse pentru a fi luată în considerare

ca bază sistematică pentru evaluarea pagubelor provocate de inundaţii în România. În plus,

demonstrează o lipsă semnificativă a bazelor de date standardizate pentru evaluarea pagubelor

provocate de inundaţii şi necesită disponibilitatea unei topografii precise şi generalizate

8.2.3. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în Olanda

Aplicare posibilă în România

Metoda standard olandeză de evaluare a pagubelor are o istorie de circa 50 de ani, astfel

că a fost elaborată şi larg difuzată în ţară o metodologie completă, bazată pe funcţii experimentale

ale pagubelor şi chiar funcţii ale victimelor. Această metodologie a fost elaborată la nivel

naţional, pentru a evalua standardele de protecţie definite prin lege. Pentru a atinge această

acoperire, s-au standardizat următoarele: baze de date naţionale, disponibile într-un instrument

unic: modulul HIS-SSM, funcţii naţionale ale pagubelor şi victimelor, metode naţionale, printr-un

instrument comun: modulul HIS-SSM.

Aceasă standardizare nu lasă loc adaptării la alte contexte, în special la contextul

românesc. Astfel, funcţiile pagubelor stabilite după standardele olandeze nu pot fi aplicate direct

în altă ţară.

8.2.4. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în Germania

Aplicare posibilă în România

Realizarea bazelor de date pentru ocuparea solului şi înregistrările pagubelor provocate de

inundaţii reprezintă un instrument cheie pentru punerea în aplicare a evaluărilor relevante ale

pagubelor.

Baza de date ATKIS (date asimilate) trebuie comparată cu baza de date naţională a

proprietăţilor din Regatul Unit (date orientate pe obiect) pentru a determina ce tip de bază de date

este cel mai potrivit în România.

Este interesant de observat că intersectarea datelor poate fi făcută cu un instrument

simplu, dar puternic: o bază de date Acces (HWSCalc) sau o foaie de calcul Excel, după cum se

va descrie în metoda elveţiană de mai jos. Cu toate acestea, utilizarea GIS rămâne instrumentul

cheie pentru evaluările pagubelor.

8.2.5. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în Elveţia

Aplicare posibilă în România

Prima evaluare calitativă a bunurilor expuse riscului la inundaţii rămâne fezabilă în

contextul românesc, deşi necesită modelare hidraulică, care nu este întotdeauna disponibilă, şi o

definire bună a ocupării solului.

Această metodă a fost recomandată de Drobot et al. pentru România. Cu toate acestea, în

scopul unei analize cost-beneficiu, este necesară şi o evaluare economică, altfel prima abordare

este insuficientă.

Preocuparea principală legată de metoda elveţiană este că se bazează pe funcţii absolute

ale pagubelor ce nu pot fi folosite în alt context şi care trebuie redefinite pentru fiecare nivel de

intensitate. Pe termen lung, acestea au nevoie de actualizate regulată ce ar mai costisitoare în timp

şi bani decât reactualizarea costurilor de înlocuire sau a costurilor bunurilor, incluzând şi

deprecierea.

8.3. Scara micro de evaluare

8.3.1. Evaluarea pagubelor directe provocate de inundaţii în GERMANIA

Aplicare posibilă în România

Această metodă este orientată pe obiect, ceea ce înseamnă că este identificată fiecare

clădire, pe baza hărţilor topografice şi cadastrale şi a anchetelor de teren, ceea ce pentru contextul

românesc e mare consumatoare de timp şi resurse. Din nou, funcţiile pagubelor se bazează pe

baza de date HOWAS, considerând o funcţie rădăcină drept relaţia dintre adâncime şi suma

maximă a pagubelor (estimată de companiile de asigurări).

În baza acestei metode, ProAqua a elaborat un instrument specific pentru calculul

pagubelor. Este un software baza pe Acces (HWSCalc) ce ia în calcul parametrii hidraulici,

datele de utilizare a terenurilor şi funcţiile pagubelor drept date de intrare şi furnizează o analiză

cost-beneficiu a câtorva scenarii drept date de ieşire. Legătura cu straturile GIS (harta HWS) nu a

fost realizată încă.

8.3.2. O abordare la scară micro: metoda MERK

Aplicare posibilă în România

Metoda MERK(Reese, 2003, Schleswig-Holstein) a fost folosită la scară micro pentru

şase oraşe. Aceasta combină o abordare a utilizării terenurilor şi o abordare orientată pe obiect.

Poziţia şi informaţiile despre proprietăţi (suprafaţa parterului) provin din hărţi la scară mică

(DGK, la scara 1/5 000) ceea ce necesită disponibilitatea unei topografii precise ce nu e

disponibila la noi în ţară la acest moment şi din anchetele de teren pentru fiecare clădire, metodă

consumatoare de resurse.

Funcţiile pagubelor se bazează pe costurile normale de reconstrucţie (furnizate de experţi)

şi pe adâncimea apelor. Ele sunt extrase din baza de date HOWAS (mai mult de zece relaţii).

Doar câteva scenarii proiectate sunt luate în considerare şi nu pentru toate inundaţiile.

8.4. Pagubele directe produse în zona de studiu de inundaţiile din 2006

În bazinul fluviului Dunărea, datorită precipitaţiilor abundente căzute, cotele au atins şi

depăşit nivelurile istorice din anul 1895 provocând revărsări care au produs inundarea de case şi

gospodării ale populaţiei, terenuri agricole, impunând evacuarea unui număr însemnat de oameni,

animale şi bunuri. Pagubele produse de aceste inundaţii în zona studiată (fig. 62) sunt prezentate

în tabelele 17 şi 18. Estimarea pagubelor produse de viitura din 2006 este realizată pentru

judeţele Dolj şi Olt, (sursa ABA Jiu, ABA Olt).

Fig. 62 Zona de studiu

8.5. Concluzii

Toate aceste metode prezentate au un grad mai mare sau mai mic de aplicabilitate pentru

România, în funcţie de scara la care se aplică, de baza de date existentă la acest moment, de

posibilităţile de modelare hidraulică.

Din punct de vedere al scării de evaluare, scara macro poate fi asociată cu bazine

hidrografice mari, scara mezo cu subbazine iar scara micro e o scară locală ce poate fi asociată

unităţilor administrative teritoriale / autorităţilor locale.

Metoda la scara macro aplicabilă în Germania se bazează pe date puţine (dimensiunea

inundaţiilor, MNT (Model Numeric al Terenului) în baza contururilor hărţilor 1/25 000, Corine

Land Cover etc.), ce sunt disponibile în România, pe funcţii ale pagubelor mai generale ce au ca

parametru adâncimea apei dar această metodă nu are relevanţă la nivel local.

Majoritatea metodelor la scară mezo, pentru evaluarea vulnerabilităţii împart bunurile în

clase şi subclase fie folosind baza de date Corine Land Cover fie folosind diverse criterii. De

asemenea caracterizarea hazardului este făcută cu ajutorul modelării hidraulice realizându-se

scenarii pentru diferite perioade de revenire. Folosind parametrii ca adâncimea şi viteza de

curgere a apei se definesc clase de adâncime sau niveluri de intensitate.

De asemenea, dacă ne referim la funcţiile de calcul al pagubelor, observăm că fiecare ţară

propune funcţii particularizate, funcţii experimentale adaptate standardelor ţării respective, funcţii

ce nu pot fi preluate de ţara noastră, astfel că va fi nevoie să se propună astfel de funcţii sau să se

ajusteze la la nivelul datelor existente în România.

Metoda de evaluare a pagubelor directe produse de inundaţii în Elveţia propune într-o

primă etapă o evaluare calitativă a pagubelor, urmată de o abordare economică menită să

cuantifice riscul şi de o a treia etapă care este tot o abordare economică, dar este mult mai

precisă, la nivel de obiect, şi include calculul pagubelor indirecte şi intangibile. Deoarece este o

metodă scumpă, aceasta ultimă metodă se foloseşte când s-au identificat bunuri importante.

Drobot et al. recomandă această metodă pentru România cu toate că necesită modelare

hidraulică, care nu este întotdeauna disponibilă, şi o definire bună a ocupării solului, precum şi

funcţii absolute ale pagubelor ce nu pot fi folosite în alt context şi care trebuie redefinite pentru

fiecare nivel de intensitate.

CAPITOLUL 9. MATRICEA RISCULUI LA INUNDAŢII

9.1. Definirea matricei riscului la inundaţii

Metoda matricei riscului la inundaţii face parte din categoria metodelor semicantitative de

evaluare a riscului la inundaţii. Matricea riscului la inundaţii reprezintă una dintre cele mai uşoare

metode de evaluare a riscului general la inundaţii, în scopul cunoaşterii, managementului şi

atenuării riscului la inundaţii într-un teritoriu dat (un bazin hidrografic, un judeţ sau chiar şi o

comună). (Proiect PHARE 2005/017-690.01.01-Contribuţii la dezvoltarea strategiei de

management al riscului la inundaţii).

Metoda nu presupune evaluarea cantitativă a pierderilor pentru toate categoriile de bunuri,

ţinând seama de faptul că valorile numerice (de exemplu, pentru populaţia afectată şi valoarea

economică a pagubelor) pot fi utilizate în cadrul unui sistem de ierarhizare.

Riscul la inundaţii este considerat aici o funcţie a probabilităţii, a frecvenţei şi a

intensităţii inundaţiei, precum şi a consecinţelor adverse ale acesteia. Intensitatea inundaţiei

reprezintă impactul devastator al acesteia, care depinde şi el de adâncimea apei şi de viteza de

curgere.

Matricea riscului la inundaţii este elaborată pentru fiecare zonă definită printr-un contur,

ţinând seama de faptul că zonele indicate prezintă un grad omogen de risc la inundaţii, adică un

pericol omogen de inundaţii şi o utilizare omogenă a terenurilor. În mod normal, o zonă urbană

va fi împărţită în mai multe sub-zone, în funcţie de condiţiile de debit; mai multe sate situate în

aceeaşi albie majoră pot prezenta valori diferite în ceea ce priveşte vulnerabilitatea socială etc.

Această matrice descrie riscul pe baza a patru parametri de vulnerabilitate în vederea

clasificării şi a caracterizării zonelor omogene din cadrul zonelor expuse la inundaţii:

Caracteristicile inundaţiei,

Vulnerabilitate socială,

Economie,

Mediu.

Reprezentarea cu ajutorul unei astfel de matrice permite intersectarea hazardului

(caracteristicile inundaţiei) cu vulnerabilitatea zonei (din punct de vedere social, economic şi de

mediu), pentru a avea definiţia completă a riscului la inundaţii în zonele expuse, ţinând seama de

situaţia existentă.

Următorul tabel enumeră pentru fiecare parametru lista sub-parametrilor de luat în calcul.

Această listă nu este exhaustivă:

poate fi necesar ca proiectantul

hărţii să introducă sub-parametri

suplimentari pentru a avea o hartă

adaptată la contextul local,

existent sau viitor.

Zona inundată trebuie

împărţită în zone omogene, iar

pentru fiecare dintre acestea se

stabileşte şi se calculează o

matrice de risc la inundaţii.

În mod normal, o zonă

urbană va fi împărţită în mai

multe sub-zone, în funcţie de

condiţiile de debit şi de

principalele caracteristici

economice şi sociale; diferite sate

din aceeaşi albie majoră pot

prezenta niveluri diferite ale

vulnerabilităţii sociale etc. Ţinând

seama de această definire,

suprafaţa fiecărei zone poate varia

de la 1 ha la mai mult de 100 ha.

9.2. Metoda de calcul

Definirea exactă şi deci metoda de calculare a fiecărui sub-parametru sunt lăsate la

aprecierea specialistului, în funcţie de contextul local şi mai ales în funcţie de datele disponibile.

În ceea ce priveşte parametrii, se recomandă ca sub-parametrii să nu fie clasificaţi în mai mult de

patru clase.

Parametru Sub-parametru

Caracteristicile

inundaţiei

Adâncime

Frecvenţă

Durata inundaţiei

Viteza, rata de creştere

Perioada de apariţie

Transport de sedimente, alunecări

Vulnerabilitate

socială

Numărul persoanelor afectate

Vulnerabilitate socială a comunei

Număr de unităţi socio-economice

Grad de urbaneitate

Economie Gospodării afectate

Lungime totală drumuri principale

Poduri şi podeţe

Utilizarea agricolă a terenurilor

Utilităţi

Construcţii hidrotehnice

Mediu Situri potenţiale de poluare

Sit protejat de interes natural

Alte situri de interes natural (neprotejate)

Situri arheologice/istorice/culturale

Pescării

Pentru parametrul Caracteristici ale inundaţiei, se recomandă introducerea celui mai mare

punctaj al sub-parametrilor calculaţi. Într-adevăr, dacă numai unul dintre aceşti parametri are o

valoare ridicată, atunci întreaga zonă este considerată în pericol grav.

În ceea ce priveşte parametrul Vulnerabilitate socială, se recomandă calcularea sa pe baza

mediei ponderate a valorilor sub-parametrilor. Pe termen scurt, recomand să se acorde ponderea

cea mai mare sub-parametrului Numărul de persoane afectate, pentru a se conforma obiectivelor

strategiei naţionale, primul dintre acestea fiind reducerea cu 50% a deceselor cauzate de

inundaţii, pe termen scurt (în trei ani). Astfel, propunem alocarea unei ponderi de 50%

parametrului Numărul de persoane afectate, 20% pentru parametrul Vulnerabilitatea socială a

comunei 20% pentru Numărul unităţilor socio-economice şi 10% pentru grad de urbaneitate.

În ceea ce priveşte parametrul Economie, se recomandă calcularea sa pe baza mediei

ponderate a valorilor sub-parametrilor. Ca opţiune standard, sugerez să se atribuie fiecărui sub-

parametru o pondere egală. Calcularea sub-parametrilor se poate baza pe rezultatele unei evaluări

a pagubelor provocate de inundaţii, dacă a fost realizată o asemenea evaluare în zona de studiu.

În ceea ce priveşte parametrul Mediu, o valoare mare alocată parametrului Mediu poate fi

deci interpretată fie ca un sit de poluare şi un sit interes natural aproape unul de altul în zona

expusă la inundaţii.

9.3. Implicaţiile metodei

Această metodă lasă o oarecare libertate inginerului (şi proiectantului hărţii) în a întocmi

harta de risc la inundaţii: definirea zonelor, definirea punctajului alocat sub-parametrilor şi

alegerea punctajului aferent parametrilor.

Cu toate acestea, în ceea ce priveşte riscul la inundaţii, nu este recomandat să se propună

un model fix, care nu ar fi adaptat în majoritatea cazurilor şi s-ar potrivi doar în câteva cazuri

(studii de caz) sau care ar conduce la definirea de zone omogene doar pe baza pericolului de

inundaţii sau a tipurilor de bunuri din zonele expuse la inundaţii, fără a le evalua efectiv

vulnerabilitatea la inundaţii.

La întocmirea hărţilor trebuie avut în vedere că hărţile de risc la inundaţii vor fi oricum

interpretate diferit de diferitele persoane care le consultă. Nu poate exista o hartă de risc la

inundaţii complet obiectivă, pentru că orice alegere presupune o anumită orientare strategică. În

orice caz, pentru atenuarea aceste subiectivităţi, este necesar să se anexeze o descriere a

metodologiei adoptate (calcularea sub-parametrilor, punctajul aferent parametrilor, definirea

zonelor), astfel încât persoana care citeşte harta să fie pe deplin la curent cu alegerile adoptate şi

să poată lua decizii pe baza unei înţelegeri complete a semnificaţiei fiecărui parametru.

9.4.Reprezentarea matricei riscului la inundaţii

Se propune reprezentarea matricei cu ajutorul următorului model, unde fiecare dintre

pătrate este asociat unuia dintre parametri, iar culoarea indică punctajul aferent parametrului

respectiv.

0 0 3 2

Mediu

Caracteristicile inundației

Economie

Vulnerabilitate socială

Matricea riscului la inundaţii va fi determinată de patru parametri: parametrul economic,

vulnerabilitatea socială, mediul şi caracteristicile inundaţiei, fiecare având patru niveluri posibile

de risc.

Cel mai mare avantaj al acestei abordări este că ea permite indicarea tuturor tipurilor de

vulnerabilitate, inclusiv cea de mediu, şi compararea riscului la inundaţii din diferite zone ale

aceluiaşi teritoriu (de exemplu, un bazin hidrografic) chiar şi pe baza evaluării calitative,

obiectivul fiind definirea ţintelor pentru planurile de atenuare a riscului la inundaţii. În

consecinţă, această abordare poate fi aplicată imediat, ţinând seama de faptul că unele informaţii

pot lipsi.

CONCLUZII

Concluziile acestei lucrări sunt rezultatul unei extinse documentări, al studiilor şi

cercetărilor proprii efectuate în domeniul fizicii atmosferei, hidrologiei şi gestionarii riscului la

inundaţii.

Lucrarea combină domenii variate cum ar fi meteorologia, fizica atmosferei-pentru

obţinerea informaţiilor privind posibilitatea de producere a evenimentului din punctul de vedere

al fenomenelor meteorologice, hidrologia-pentru calculul cantităţii de apă posibil să se acumuleze

în urma precipitaţiilor, hidraulica-ce furnizează condiţiile de curgere şi ecuaţiile specifice de

propagare a undei de viitură, dând posibilitatea simulării comportamentului acestora în diverse

condiţii de amenajare a albiei inundabile, statistica-pentru calculul diferitelor probabilităţi şi

frecvenţe de producere a fenomenelor şi informatica - prin utilizarea softului Geografic

Informaţional Sistem (GIS), modele digitale ale suprafeţei terenului (DTM), de mare precizie,

utilizând hărţi 1:25000 şi planuri detaliate în zonele urbane pentru a aplica modele de calcul

necesare pentru determinarea adâncimii apei, respectiv a cotelor de inundaţie, precum şi o

imagine digitală a caracteristicilor zonelor inundate;

Lucrarea porneşte de la analiza şi prelucrarea datelor hidrologice pe o perioadă mare

(debite şi niveluri înregistrate pe fluviul Dunărea în perioada 1840-2006), a datelor meteorologice

(câmpuri de presiune, câmpuri de precipitaţii, indicele NAO etc.), continuând cu mecanismele

fizice ce generează apariţia unor fenomene extreme şi stabilirea unor corelaţii între apariţia

fenomenelor hidrologice extreme şi identificarea unor structuri atmosferice responsabile de

producerea lor, cu modelarea hidraulică, până la efectuarea unui studiu de caz care a pus în

evidenţă trecerea din domeniul cercetării în domeniul aplicaţiei.

Concluziile şi contribuţiile personale ce rezultă din întreaga activitate de cercetare

doctorală si prezentate in teza de doctorat pot fi sintetizate astfel:

1. O documentare foarte elaborată privind descrierea bazinului hidrografic al Dunării, şi

aspecte legate de cerinţele Directivei 60 din 2007 a Parlamentului European privind

managementul riscului la inundaţii care la articolul 14, cere ca statele membre să acorde râurilor

mai mult spaţiu şi redarea, acolo unde este posibil, a zonelor altădată inundabile, o prezentarea a

conceptelor de renaturare, reabilitare, reconstrucţie ecologică material ce poate fi folosit în

aplicaţii pentru proiecte naţionale şi internaţionale (cap.1).

De asemenea este făcută o prezentare a condiţiilor meteorologice şi hidrologice şi a

cauzelor ce au condus la viitura extraordinară din aprilie-mai 2006 pe Dunăre precum şi o

descriere detaliată a evoluţiei acesteia (cap.5).

2. Interpretarea statistică a acelor fenomene atmosferice care generează anomalii ale

debitelor Dunării, posibilitatea de identificare a proceselor fizice ce generează structura

atmosferică corespunzătoare valorilor extreme ale debitelor Dunării. Analiza evoluţiei în timp a

indicelui NAO (North Atlantic Oscillation) şi cunoaşterea tendinţei acestuia ne dă o informaţie

utilă despre climatul din Europa ştiind ca acest indice e unul din cele mai importante moduri de

variabilitate câmpurilor meteorologice din Emisfera Nordică.

Studierea corelaţiei între valorile extreme ale debitelor medii lunare, în timpul iernii, cu

fazele negativă şi pozitivă ale NAO şi câmpul de presiune la nivelul mării, a avut ca rezultat clar

o frecvenţă de apariţie şi o durată mult mai mare de producere a inundaţiilor în faza negativă a

NAO, coeficientul de corelaţie rezultat având valoare negativă ceea ce indică o opoziţie de fază a

NAO cu anomaliile debitului Dunarii. Prin folosirea metodei hărţilor compozite, în care structura

anomaliilor de presiune asociată debitelor se proiectează pe structura anomaliilor de presiune

asociate NAO, rezultatul obţinut este consistent cu corelaţia negativă dintre seria indicelui NAO

şi seria debitelor (Pătruţ, 2010c).

3. Teoria valorilor extreme constituie un instrument eficient de estimare a riscului

producerii unor evenimente cu efecte catastrofale, cu ajutorul ei se pot estima schimbările medii

şi/sau variaţia de distribuţie precum şi intensitatea şi frecvenţa fenomenului.

Folosind metode ca Peak Over Threshold sau Distribuţia Generalizată Pareto am studiat

comportamentul fenomenelor extreme, am realizat estimări ale debitului de revenire pentru

perioade T = 2, 5, 10, 50 şi 100 de ani, calculate cu interval de încredere 95%, pentru fiecare

anotimp în parte, valori ce pot fi folosite în realizarea hărţilor de hazard la inundaţii, conform

Directivei 60/2007 a UE ”Statele membre se asigură că hărţile de hazard şi hărţile de risc de

inundaţii sunt finalizate până la 22 decembrie 2013” (cap.6).

4. Investigarea legăturii dintre circulaţiile atmosferice şi debitele Dunării înregistrate la

staţia Orşova pe perioada 1850-2003 (154 ani), pentru fiecare sezon în vederea identificării

circulaţiilor atmosferice asociate debitelor extreme ale Dunării. Majoritatea studiilor se referă la

legătura dintre circulaţia atmosferică şi variabile climatice diferite, cum ar fi precipitaţii şi / sau

temperatura (Fargoso şi Gomes, în 2008; Brunetti et al., 2002; Wibig, 1999; Kysely şi Beranova,

2008; Yiou şi Nogaj, 2004). Noutatea acestui studiu este aceea că leagă caracteristicile de vreme

la scară mare de apariţia de fenomene hidrologice extreme.

Utilizarea debitelor râurilor, este un avantaj, datorită faptului că această variabilă este mai puţin

sensibilă decât precipitaţiile, reprezentând o integrare spaţială a precipitaţiilor căzute pe o arie

mare, mai ales atunci când bazinele hidrografice sunt suficient de mari, cum e cazul bazinului

Dunării (Patruţ, 2010f).

5. Evidenţierea cu ajutorul câmpului de geopotential de la nivelul de 500 hPa şi a

câmpului de precipitaţii a circulaţiilor atmosferice care favorizează advecţia de mase de aer

incarcate cu vapori de apa din regiunea Mării Mediteraneene şi a Oceanului Atlantic spre zona

reprezentată de bazinul Dunării (Pătruţ, 2010e).

6. Trecerea din domeniul cercetării stiintifice în domeniul aplicaţiei acesteia prin

prezentarea unor modele de reprezentare a proceselor hidrologice care să constituie, în acelaşi

timp, instrumente adaptate necesităţilor practice, prin folosirea softului de modelare Sobek şi a

Sistemului Geografic Informational (GIS), pentru simulări de scenarii hidrologice ale căror

rezultate permit determinarea suprafeţelor inundate şi a nivelurilor apei, pentru fiecare valoare a

debitului Dunării, la intrarea în sectorul analizat.

Utilizând modelul hidrodinamic 1D2D creat cu ajutorul softului de modelare Sobek au

fost rulate pentru prima dată, pentru zona de studiu, scenariile propuse pentru analiză şi anume

(Pătruţ, 2010d):

- Regimul fără inundare So (de referinţă).

- Regimul de inundare liberă a polderelor SN (renaturare);

- Regimul de inundare controlată SC – cota digurilor la 90% din valoarea maximă a

nivelului din 2006;

Pornind de la studiul de pretabilitate pentru incintele agricole, folosind modelul hidraulic

şi modelul digital al terenului, am demonstrat o reducere a nivelurilor în cazul scenariilor de

renaturare şi de inundare controlată faţă de scenariul de referinţă, lucru evidenţiat pe graficele

debitelor maxime la diferite staţii hidrologice pentru cele trei scenarii.

Informaţiile referitoare la probabilitatea de producere a inundaţiilor obţinute cu metodele

statistice, coroborate cu scenariile ce dau informaţii legate de dimensiunile inundaţiei, adâncimea

sau nivelul apei, după caz, viteza de curgere a apei sau debitul obţinute ca rezultate ale modelării

hidraulice, pot fi folosite pentru realizarea hărţilor de hazard de inundaţii (Directiva

/2007/60/UE).

7. O documentare elaborată privind metodele de evaluare a pagubelor produse de

inundaţii, pentru fiecare exemplu de aplicare în diverse ţări şi analiza posibilităţii de aplicare în

România, în funcţie de scara la care se aplică, de baza de date existentă la acest moment, de

posibilităţile de modelare hidraulică.

Prezentarea principalelor metode de evaluare preliminară a riscului la inundaţii, precum şi

descrierea viiturilor care s-au produs şi care au avut consecinţe semnificative asupra vieţii

oamenilor, mediului şi activităţilor economice, incluzând zonele inundate şi pagubele produse,

evaluarea pentru viiturile viitoare a consecinţelor negative potenţiale asupra vieţii oamenilor,

mediului şi activităţilor economice, impactul schimbărilor climatice asupra producerii viiturilor.

Pe baza acestei evaluări preliminare se vor identifica zonele cu risc potenţial semnificativ la

inundaţii pentru care vor fi realizate hărţi de hazard şi risc la inundaţii pentru zona analizată ce

conforme cerinţelor Directivei inundaţii 2007/60/CE

8. Propunerea unei matrici a riscului la inundaţii ca metodă semicantitativă de evaluare

a riscului la inundaţii permite intersectarea hazardului cu vulnerabilitate zonei din punct de

vedere social, economic şi al mediului.

Matricea riscului la inundaţii va fi elaborată pentru fiecare zonă definită printr-un contur,

ţinând seama de faptul că zonele indicate prezintă un grad omogen de risc la inundaţii, adică un

pericol omogen de inundaţii şi o utilizare omogenă a terenurilor. În mod normal, o zonă urbană

va fi împărţită în mai multe sub-zone, în funcţie de condiţiile de debit; mai multe sate situate în

aceeaşi albie majoră pot prezenta valori diferite în ceea ce priveşte vulnerabilitatea socială etc.

Această matrice descrie riscul pe baza a patru parametri de vulnerabilitate în vederea

clasificării şi a caracterizării zonelor omogene din cadrul zonelor expuse la inundaţii şi anume:

caracteristicile inundaţiei, vulnerabilitatea socială, economie şi mediu, care la rândul lor sunt

formaţi din mai mulţi subparametri. Se recomandă ca numărul subparametrilor fiecărui parametru

din matricea de risc să fie patru dar acest număr rămâne la latitudinea specialistului în funcţie de

contextul local şi mai ales în funcţie de datele disponibile. Se propune o metoda de calcul a

subparametrilor şi de evaluare a parametrilor ce vor fi trecuţi în matricea de risc (cap.9).

Lucrarea de faţă vine în sprijinul cunoaşterii şi înţelegerii situaţiei actuale din România şi

se înscrie într-o problematică de o deosebită actualitate pe plan internaţional şi în particular la

nivelul Uniunii Europene. Această problematică derivă din procesul de implementare a

“Directivei Cadru pentru Apă” (2000/60/EC), transpusă în România prin Legea Apei nr.

310/2004 şi a “Directivei privind evaluarea şi managementul riscului la inundaţii “(2007/60/EC).

Perspective

Pornind de la rezultatele obţinute in cadrul acestei lucrări se pot menţiona câteva

perspective de cercetare în viitor.

- stabilirea mecanismelor fizice responsabile pentru producerea fenomenelor extreme

(inundaţii) în bazinul Dunării şi încercarea de a găsi parametrii ce pot predicta debitul Dunării, în

preocuparea de a realiza o prognoza pe lungă durată;

- colectarea unor date suplimentare si mult mai precise pentru modelele numerice de

teren, care conduc la o determinare mult mai corectă a benzilor de inundabilitate (model numeric

al terenului obţinut prin măsurători Lidar, profile transversale prin albia minoră obţinute prin

utilizarea sonarului etc);

- construirea în zonele de maxima vulnerabilitate a unor modele 2D pentru determinarea

extinderii benzilor de inundabilitate cu probabilităţile de depăşire 0,1% si 1% ;

- crearea unor indici de măsurare a vulnerabilităţii în funcţie de baza de date statistice

existentă la acest moment în România;

- determinarea riscului fizic (număr persoane, suprafeţe inundate, km de drum afectat etc)

bazat pe indicatorii propuşi pentru vulnerabilitate şi crearea matricei de risc pentru zona de

studiu, precum şi utilizarea informaţiilor colectate, legate de costuri, pentru determinarea riscului

financiar.

BIBLIOGRAFIE (selecţie)

Adler M. J. -Teza de doctorat, 2002,

Adler M.J., Patrut S., Negru O. 2010a Stakeholder oriented flood risk assessment for the Danube

floodplains-Danube Floodrisk Project- Conference Balwois 2010-Water Observation

and Integration System for Decision Support, , Ohrid, Macedonia, 25-29 mai 2010,

Bardossy, A. and F. Filiz 2005: Identification of flood producing atmospheric circulation patterns.

J. Hydrol. 313, 48-57.

Cassou, C., Terray, L. and Phillips, A. 2005. Tropical Atlantic influence on European heat waves,

J. Climate, 18,

Cassou, C., Terray, L., Hurrell, J. W. and Deser, C. 2004. North Atlantic winter climate regimes:

Spatial asymmetry, stationarity with time, and oceanic forcing. J. Climate, 17,

Caspary, H.J 1995: Recent winter floods in Germany caused by changes in the atmospheric

circulation across Europe. Phys. Chem. Earth, 20, 459-462,

Chevereşan Maria 2010 Teza doctorat,

Compo, G.P., Whitaker, J.S. and Sardeshmukh, P.D 2006: Feasibility of a 100 year reanalysis

using only surface pressure data. Bull. Amer. Met. Soc., 87, 175-190,

Compo, G.P., and coauthors 2009: The Twentieth Century Reanalysis Project. Bull. Amer. Met.

Soc., (in preparation),

Cullen, H.M., Kaplan, A., Arkin, P. and DeMenocal, P.B. 2002. Impact of the North Atlantic

Oscillation on Middle Eastern climate and streamflow. Clim. Change, 55,

de Roo A., Kucera J., Bonk R., et al., Flood Damage Extent and Damage Estimation in Hungary

during the Floods in Spring 2006, Joint Research Centre, EUR22712EN, 2006

Dima M., Stefan S., 2008 Fizica schimbărilor climatice, Bucureşti;

Drobot R., Tecuci I., Stanescu V., et al., “What method to choose for Flood Risk Estimation in

Romania?”

Ekstrom M, HJ Fowler, CG Kilsby, and PD Jones 2005: New estimates of future changes in

extreme rainfall across the UK using regional climate model integrations . 2, Future

estimates and use in impact studies. J. Hydrol. 300, 234-251,

Gabor O., Serban.P, 2004 Convietuim cu viiturile, Hidrotehnica, vol.49, pag 7-8;

Gong, D.Y, Y.Z. Pan, and J.A. Wang 2004: Changes in extreme daily temperatures in summer in

eastern China during 1955-2000. Theor. Appl. Climatol., 77, 25-37,

Hurrell, J.W and van Loon, H. 1997. Decadal variations in climate associated with the North

Atlantic oscillation. Climatic Change, 36,

Hurrell, J.W. 1995. Decadal trends in the North Atlantic oscillation: regional temperatures and

precipitation. Science, 269,

Hurrell, J.W. 2003. The North Atlantic Oscillation: Climatic significance and environmental

effect. EOS 84, No. 8, 25 February 2003,

Ionita M. 2009: Variability and potential predictability of Elbe river streamflow and their

relationship to global teleconnection patterns. Phd. Thesis., University of Bremen,

100pp,

Ionita M., G. Lohmann , M. Dima , and S. Chelcea, (2009), Extreme events in Elbe’s river

catchment area and their associated circulation patterns, Geophysical Researchk

Jacobeit, J., A. Philipp, and M. Nonnenmacher (2006): Atmospheric circulation dynamics linked

with prominent discharge events in Central Europe. Hydrological Sciences Journal, 51,

946-965,

Katz, R., Parlange, M. and Naveau, P. 2002. Statistics of extremes in hydrology, Adv. Water

Res., 25,

Klein-Tank, A., et al. 2002: Daily dataset of 20th-century surface air temperature and

precipitation series for the European Climate Assessment, Int. J. Climatol., 22(12),

1441–1453.

Knippertz, P., U. Ulbrich, F. Marques, and J. Corte-Real (2003), Decadal changes in the link

between El Nino and springtime North Atlantic Oscillation and European-North African

rainfall, Int. J. Clim., 23, 1293– 1311,

Madsen, H., Parameter estimation in distributed hydrological catchment modeling using

automatic calibration with multiple objectives, Advances in Water Resources, v26,

2003, pp.205-216,

Mares, C., Mares, I. and Stanciu, A., 2008. Extreme value analysis in the Danube lower basin

discharge time series in the 20th century, Theoretical and Applied Climatology

Mihailovici, J.M., Gabor, O., Randasu, S., Asman, I. 2005 Flood in Romania. Revista

Hidrotehnica, vol.51, nr.6/2006,

Mustetea, A. Viituri exceptionale pe teritoriul Romaniei. Geneza si efecte. Teza de doctorat.

1996,

Negru O, Pătruţ S., Ţone A.M 2010b. Managementul Situaţiilor de Urgenţă generate de inundaţii

în România”- Simpozion Naţional –Resusele de apă din România -Vulnerabilitate la

presiunile antropice, 11-13 iunie 2010, Târgovişte,

Nils Reider B. Olsen Hydroinformatics, Fluvial Hydraulics and Limnology, 2002 Oldenborgh,

G. J., G. Burgers, and T. Klein (2000), On the El-Nino teleconnection to spring

precipitation in Europe, Int. J. Climatol., 20, 565– 574,

Pătruţ S. 2010c Evenimente extreme (inundaţii) pe cursul inferior al Dunării în corelaţie cu

Oscilaţia Nord Atlantică (NAO) şi presiunea la nivelul mării (SLP) - Simpozion

Naţional –Resusele de apă din România -Vulnerabilitate la presiunile antropice,11-13

iunie 2010, Târgovişte, 127-132 pp,

Pătruţ S. 2010d Analysis of the flood regime in the lower course of the Danube river, for the

Ghidici-Corabia sector, acceptat to Romanian Reports in Physics.

Peixoto, J. P., and A. H. Oort 1992: Physics of Climate, American Institute of Physics, Springer-

Verlag, New York, 520 pp,

Philipp, A., et al. 2007: Long term variability of daily North Atlantic- European pressure

patterns since 1850 classified by simulated annealing clustering, J. Clim., 20(16), 4065–

4095,

Rîmbu N., Dima M., G. Lohmann, and S. Stefan, (2004), Impacts of the North Atlantic

Oscillation and the El Nino–Southern Oscillation on Danube river flow variability,

Geophysical Research Letters, Vol. 31;

Rîmbu, N., Boroneant, C., Buta, C. and Dima, M. 2002. Decadal variability of the Danube river

flow in the lower basin and its relation with the North Atlantic Oscillation. International

Journal of Climatology, 22,1169-1179.

Rîmbu, N., Dima, M., Lohmann, G. and Stefan, S. 2004. Impacts on the North Atlantic

Oscillation and the El Nifio-Southern Oscillation on Danube river flow variability.

Geophys. Res. Lett., 31, L23203, doi:10.1029/2004GL020559,

Rîmbu N., Pătruţ S., Ionita-Scholz M., Stefan S. 2010e Daily circulation patterns associated to

high Danube discharges during summer submitted to Hydrological Sciences Journal,

Singh, V.P., and Fervert, D.K., 2006. Watershed Models, edited by Taylor and A.J. Francis

group, pp.3-7, 245-250,

Stanciu, P., Nedelcu, G. and Nicula, G. 2005. Hazardurile hidrologice din Romania. Natural and

anthropogenic hazards, 5(23),11-17.

Teodossia Andreeva, 2008 Weather anomalies and influence on bulgarien section of Danube

river; XXIV Conference of the Danubian Countries Bled, 2-4 June 2008,

van Loon, H., and R. A. Madden (1981), The Southern Oscillation I: Global associations with

pressure and temperature in northern winter, Mon. Weather Rev., 109, 1150– 1162.

Yiou P, P. Ribereau, P. Naveau, M. Nogaj, and R. Brazdil 2006: Statistical analysis of

floods in Bohemia (Czech Republic) since 1825. Hydrol. Sci. J. 51, 930-945,

Wurbs, R.A. 1998 Dissemination of generalized water resources models in the United States.

Water international, 23:190-198,

*** ANUARE HIDROLOGICE

*** Raport Studiu de Cercetare ”Redimensionare Ecologică şi Economică pe sectorul românesc

al Luncii Dunării (REELD)- Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare Delta Dunării

Tulcea (INCDDD), 2008, *** Proiect PHARE 2005/017-690.01.01-Contribuţii la dezvoltarea strategiei de management al

riscului la inundaţii.

*** Proiect “DANUBE FLOODRISK -Estimarea riscului la inundaţii adaptată diverşilor

utilizatori din lunca inundabilă a Dunării –finanţat prin Programul INTERREG IV B –

SEE/A/2.1/X,

*** Proiect FLOODsite *** WWF-Assessment of the restoration potential along the Danube and main tributaries, Final

Draft, Vienna, May 2010,

*** Directiva cadru (privind) apa 2000/60/CE (DCA)

*** Directiva inundatii 2007/60/CE