Referat:“ Amena jări şi construcţii hidrotehnice ”

1

Amena jări şi construcţii hidrotehnice

În general, în sectoarele amonte ale cursurilor de apă cu pantă accentuată a albiei, lucrările de amenajare au ca scop principal stabilizarea albiei, pe când în sectoarele din aval, pe cursul mijlociu şi inferior, obiectivele prioritare sunt cele de combatere a inundaţiilor. Lucrările de amanajare ale cursurilor de apă se împart în trei mari categorii: conservative, modificatoare şi reparatorii.

Lucrările de amenajare conservative vizează menţinerea unui curs de apă într-o stare stabilă, aproape de un echilibru stabil, urmărindu-se evitarea revenirii acestuia la dinamica sa naturală.

Lucrările de amenajare modificatoare transformă radical albia cursului de apă (ecluze, baraje, derivaţii îndiguiri şi albii canalizate etc.). În cadrul acerstora se distinge tipul modificator propriu-zis şi tipul lucrativ, acesta din urmă constând în amenajarea de lacuri de acumulare şi balastiere.

Lucrările de amenajare reparatorii au ca obiective reabilitarea ecologică a unor cursuri de apă, refacerea şi protecţia malurilor, regimul de exploatare piscicolă ş.a.

Pentru fiecare tip de intervenţie prezintă importanţă lungimea sectorului supus amenajărilor de diverse tipuri. Intervenţiile punctuale, reprezentate în cele mai multe cazuri prin protecţia căilor de comunicaţie, construcţia de poduri, prize de apă, debuşeuri de afluenţi ori de canale constau, în general, în rectificări şi calibrări ale albiei, asociate cu protecţie locală de maluri. Deşi acest tip de lacuri se realizează pe sectoare de albie de lungime mică (câteva sute de metri), impactul cumulat al acestora poate fi important (fig. 204).

Fig. 204. Tipologia lucrărilor de amenajare a cursurilor de apă (după R. Drobot, J. P. Charbonnel, 1999).

În cazul amenajărilor pe lungimi mari, având ca scop obiective de dezvoltare agricolă şi urbană, porţiunile afectate ale cursurilor de apă sunt mult mai importante, iar impactele mult mai severe (ecologice, spaţiale, climatice etc.).

Dintre amenajările cursurilor de apă, cele mai importante ca impact teritorial, ecologic şi economic sunt cele de interes hidroenergetic.

Interesului primordial, producerea de energie hidro, i se asociază alimentarea cu apă a centrelor populate, irigarea terenurilor agricole,

evitarea inundaţiilor, prin reţinerea undelor de viitură, probleme de navigaţie, turism, agrement, piscicultură şi protecţie antierozională a solului (fig. 205).

Fig. 205. Model de amenajare complexă a unui bazin hidrografic, Drăgan –Iad (după Gr. Pop, 1996).

Amenajarea balastierelor se leagă de nevoia crescândă de balast, în special pentru construcţii şi amenajări de căi rutiere şi feroviare. Exploatarea

2

balastului se realizează în două moduri: din albie şi din luncă. Amenajarea unei balastiere presupune următoarele condiţii prealabile:

volum mare al sedimentelor pietros-nisipoase; proximitate în raport cu utilizatorii principali.

Exploatarea materialului grosier se realizează cu mijloace mecanice. De la punctele de exploatare se transportă cu mijloace auto speciale (autobasculante) la punctul de sortare unde are loc separarea materialului grosier pe categorii dimensionale (fracţiuni nisipoase cu cuprins între 0,1 – 0,5 mm, fracţiuni intermediare, 1 – 5 mm, şi fracţiuni cu diametrul mare, 5,1 – 7 mm) şi foarte mare (7,1 – 15 mm). Pentru a utiliza şi materialul extras cu dimensiuni mai mari decât cele menţionate, majoritatea balastierelor sunt dotate cu staţii de concasare. Depozitarea acestuia, în lipsa instalaţiei de concasare, conduce la o utilizare neeficientă a spaţiului destinat balastierei. Materialul sortat se depozitează temporar, fiind livrat cu mijloace auto sau pe calea ferată. Invadarea cu apă a spaţiului de extragere a balastului are drept consecinţă formarea unor unităţi lacustre artificiale.

În astfel de condiţii, pentru exploatarea întregului pachet de sedimente nisipoase se utilizează mijloace de excavare plutitoare ce poartă denumirea de şalandre.

Balastierele sunt amenajări temporare. O dată cu epuizarea sedimentelor nisipoase, activitatea balastierelor încetează. După resedimentarea spaţiului exploatat, care poate dura câţiva ani, activitatea balastierelor poate fi reluată. De regulă, cele mai importante balastiere se amenajează pe cursurile mijlocii şi inferioare ale cursurilor de apă ori la ieşirea din unităţile montane, unde râul depune pachete considerabile de aluviuni şi unde depozitele sedimentare au o granulometrie mai mică, potrivită nevoilor de utilizare a balastului la prepararea betoanelor de diverse tipuri.

Polderele sunt amenajări hidrotehnice „uscate temporar” care au menirea de a prelua şi reţine undele de viitură la ape mari. Denumirea este improprie, fiind o denumire „importantă” din limba olandeză, unde cuvântul „polder” semnifică teren uscat, rezultat în urma procesului de îndiguire a mării şi evacuare ulterioară a apelor.

Polderele se amenajează în ariile de luncă dezvoltate şi cu procese de înmlăştinire evidente a solului, capabile a reţine temporar volume mari de apă. Scopul principal al polderelor este acela de a feri de inundaţii localităţile şi terenurile situate ăn aval. Terenul din cadrul polderelor are, de regulă, o utilizare agricolă extensivă (păşunat), dar, în numeroase situaţii, se utilizează şi pentru culturi şi fâneţe naturale.

Polderele se execută din pământ tasat, care, cu timpul, devine înierbat. În aval, scurgerea este controlată prin porţi speciale şi (ori) deversări. Unul dintre cele mai expresive exemple de poldere este cel de pe Târnava Mică, amonte de Bălăuşeri, jud. Mureş (fig. 206).

Fig. 206. „Polder” pentru reţinerea viiturilor.

În sectoarele adiacente polderelor, nivelul freatic devine oscilant, fapt ce obligă la evitarea plasamentului de vetre pentru aşezări.

Polderele propriu-zise sunt cele din Olanda, unde peste 1/3 din teritoriul naţional este obţinut prin „polderizare”.

În realizarea digurilor de separare de Marea Nordului s-a exploatat sistemul de dune preexistent ce a fost modelat şi întărit cu pământ, pentru a-i spori rezistenţa la acţiunea

valurilor şi a vântului. Întreaga tramă de diguri a fost cultivată cu ierburi şi/ori plantată.

3

Solul mâlos submarin, obţinut prin polderizare, are o bună fertilitate naturală în primii 4 – 5 ani, după care se practică îngrăşarea pe cale artificială (fig. 207).

Fig. 207. Profil hidrogeologică în partea de nord a Olandei (după R.H.A. van Duin, G. Decaste, 1990).

Fig. 208. Secţiune prin digul polderului (după R.H.A. van Duin, G. Decaste, 1990).

Terenul polderelor „se bucură” de o geometrie „perfectă”, fiind utilizat în scopuri complexe: vetre de aşezări, ferme, drumuri, canale, aeroporturi etc (fig. 209).

Fig. 209. Amenajare de tip polder în Olanda (după R.H.A. van Duin, G. Decaste, 1990).

Evacuarea apelor de pe poldere s-a efectuat în trecut cu ajutorul morilor de vânt, acestea fiind plasate în număr mare pe aliniamentele de diguri.

Înfiinţarea şi amenajarea polderelor a reprezentat şi reprezintă o politică de interes naţional în Olanda, la care aderă toate segmentele sociale. Aceste uriaşe eforturi financiare şi de factură tehnică se justifică prin randamentul agricol excepţional, dublat câştigul de teren pentru

4

destinaţii cu utilizare intensivă (vetre de aşezări, aeroporturi, canale de navigaţie, drumuri magistrale). Polderele reprezintă cel mai plauzibil răspuns la eliminarea efectelor inundaţiilor generate de Marea Nordului şi la criza de teritoriu.Fermele au suprafeţe cuprinse majoritar între 40 şi 60 ha, fiind separate de regulă de canale de colectare şi evacuare a apelor.

Acestea sunt profilate în mare măsură pe creşterea bovinelor pentru lapte şi carne, iar cele din apropierea oraşelor pe floricultură (lalele) (fig. 210).

Fig. 210. Organizarea fermelor pe poldere (după R.H.A. van Duin, G. Decaste, 1990).

Productivitatea pajiştilor naturale este întreţinută pe toată durata anului de climatul oceanic umed care nu obligă reţinerea pe termen lung a exploatării economice a animalelor în stabulaţie. În paralel se asigură o întreţinere permanentă a calităţii păşunilor prin însămânţări sistematice şi îndepărtarea plantelor fără valoare furajeră.

Organizarea şi amenajarea polderelor se înscrie ca etalon în privinţa gospodăririi eficiente a unor „segmente” din

suprafaţa terestră. Corectarea cursurilor de apă se realizează prin tăierea meandrelor, fapt ce asigură un

regim mai bun de scurgere a apei şi a aluviunilor, evitându-se opturarea albiei în coatele de meandre (fig. 211).

Fig. 211. Corectarea cursului de apă: a) sectoare de colmatare; b) meandru tăiat.

Îndiguirile sunt lucrări hidrotehnice de anvergură care se desfăşoară în lungul cursurilor de apă în scopul apărării împotriva inundaţiilor.

Digurile se execută din pământ tasat, cu secţiune trapezoidală.

Coronamentul acestora poate fi utilizat ca drum. Înălţimea şi poziţionarea digurilor în raport cu albia minoră se corelează cu nivelul apelor la debite catastrofale (fig.

212).

Fig. 212. Dig de pământ (secţiune transversală).

5

În zonele de câmpie, unde capacitatea de transport a râurilor se reduce considerabil, au loc procese de ridicare a patului albiei prin colmatare, fapt ce reduce eficienţa lucrărilor de îndiguire (ex. Câmpia de Vest). De aceea, se impun lucrări sistematice de decolmatare a sectoarelor îndiguite. Altfel, asistăm la ridicarea patului albiei, dublată de ridicarea nivelului freatic, cu efecte negative asupra vetrelor de aşezări şi a terenurilor agricole adiacente (fig. 213).

Fig. 213. Ridicarea patului albiei prin colmatare în zonele de câmpie cu sectoare îndiguite.

În alte situaţii se execută lucrări de retenţie a apei râurilor în lacuri cu nivelul situat deasupra terenului. Acestea au un triplu scop: protecţie împotriva inundaţiilor, alimentare cu apă şi producţia de energie electrică (ex. Crişul Repede).

În lungul cursului de apă se amenajază iazuri şi heleştee în scopuri piscicole şi pentru nevoi de apă în caz de secetă.

Iazurile sunt amenajări hidrotehnice pentru scopuri piscicole şi de altă factură, rezultate în urma barării cursurilor de râuri cu debite mai reduse. Barajul se execută din pământ tasat. Asemenea amenajări s-au realizat în trecut în Câmpia Transilvaniei şi Câmpia Jijiei (fig. 214).

Fig. 214. Iazuri.Heleşteele sunt amenajări piscicole amplasate în luncile râurilor prin realizarea de diguri de

jur împrejur. Apa se prevalează din râu prin canale şi guri de alimentare (fig. 215).

Fig. 215. Heleşteu.

Prin amenajarea heleşteelor se asigură împrospătarea sistematică a apei, inclusiv oxigenarea acesteia.

În ansambu, cursurile de apă se pretează la amenajări multiple, acestea implicând costuri

considerabile. Cu toate acestea orice tip de amenajare este dezirabilă, ţinând cont de efectele negative ale apelor mari, asupra teritoriul în general, şi asupra

aşezărilor şi infrastructurilor de transport în special. În acest amenajările hidrotehnice se constituie ca obiective prioritare în ansamblul lucrărilor de amenajarea teritoriului

6

Reţeaua hidrografică este reprezentată de totalitatea căilor de concentrare a curenţilor

de apă de suprafaţă într-un bazin dat . Este una din caracteristicile cele mai importante ale

bazinului. Se defineşte ca fiind asamblul cursurilor de apă naturale sau artificiale,

permanente sau temporare, care participă la curgere. Reţeaua temporară (periodică) este

alcătuită din totalitatea văilor, vâlcelelor, torenţilor, râpelor, şanţurilor prin care se scurg

apele după ploi sau după topirea zăpezilor.

Reţeaua hidrografică poate lua diferite forme ( figura1 ). Diferenţierea unei reţele

hidrografice ia in considerare factorii geologici, climatici, antropici şi panta terenului.

Figura 1 : Forme ale reţelelor hidrografice .

Reţeaua hidrografică, pe teritoriul ţării noastre, este dispusă radial faţă de coroana

muntoasă. Lungimea totală a râurilor (exceptând cursurile cu scurgere temporară) este de

circa 66.000 km, densitatea medie a reţelei hidrografice fiind de 0,5 km/km2. Densitatea

reţelei hidrografice prezintă zonalitate verticală, variind de la 0 km/km2 în zona de şes,

până la 1,4km/km2 în zona de munte.

În limitele de 237.500 km ale teritoriului României se individualizează mai mult de

4000 de râuri care au suprafaţa bazinului de recepţie mai mare de 10 km2. Lungimea totală

a acestor cursuri de apă este de peste 60.000 km. În totalitatea sa, reţeaua hidrografică a

7

României este tributară Mării Negre prin intermediul Dunării pentru cea mai mare parte a

teritoriului ţării şi direct pentru zona estică a Dobrogei. Dispoziţia concentrică a

principalelor forme de relief faţă de Munţii Carpaţi face din aceştia cumpăna principală a

apelor, compartimentată, datorită tectonicii, prin trei culoare importante : Someş, Mureş şi

Olt, care drenează cuveta internă a bazinului Transilvaniei spre zonele exterioare ale

munţilor.

Referitor la elementele reţelei hidrografice se constată că, în ţara noastră, predomină

lungimea redusă a râurilor.Predominarea râurilor scurte este consecinţa directă a etajării

verticale a reliefului, a climatului, a diferenţierilor petrografice evidente şi, îndeosebi, a

configuraţiei radiar – divergente a reţelei hidrografice. Astfel, pentru zonele montane şi

submontane, cu energie mare de relief, roci cu permeabilitate redusă şi precipitaţii bogate,

este caracteristică prezenţa unui număr mare de râuleţe cu bazine reduse, spre deosebire de

zonele de şes unde există condiţii minime de formare a unor râuri cu lungimi mai mari.

După lungimea pe teritoriul României, cele mai mari cursuri de apă sunt : Prutul şi

Mureşul (716 km), Oltul (698 km), Siretul (592 km), Ialomiţa (414 km), Someşul (345

km), Jiul (348 km), Argeşul (339km).

Principalele tipuri de reţele hidrografice

În drumul lor spre mare, râurilor li se alătură afluenţii. Văzute de sus, sau pe o hartă,

râurile împreună cu afluenţii lor formează modele complicate şi distincte de reţele

hidrografice. În unele zone aceste modele sunt extrem de complexe, iar geomorfologii

întâmpină numeroase probleme în încercarea de a afla cum s-au format aceste reţele

hidrografice. (Geomorfologii se ocupă cu studiul formării şi modificării reliefului.)

Structura bazinelor hidrografice diferă de la o zonă la alta, datorită acţiunii combinate a

mai multor factori. Printre aceştia se numără clima, duritatea rocilor de la suprafaţă,

înclinaţia solului şi factori legaţi de evoluţia geologică a regiunii ( cutremure şi perioadele

de formare a munţilor). Geomorfologia încearcă să afle de ce în unele regiuni se află

numeroase râuri, în timp ce în zone învecinate, caracterizate de aproximativ acelaşi nivel

de precipitaţii, există puţine ape curgătoare de suprafaţă.

8

Există 12 tipuri de reţele hidrografice, trei dintre ele fiind mai des întâlnite - radiare,

în gratii şi dentritice. Cel mai simplu tip de reţea hidrografică se aseamănă cu coroană unui

copac (figura nr.2 ) şi a fost numit detritic, pornind de la cuvântul grec pentru copac.

Reţelele hidrografice de tip dentritic se formează atunci când râurile tranversează o regiune

în care rocile, de obicei argile, sunt de acelaşi tip, iar mişcările terestre nu au adus

reliefului modificări ( cum ar fi fisuri ale rocilor) care să influenţeze semnificativ direcţia

de curgere a râurilor.

Figura nr. 2

Cel de-al doilea tip de reţea, numit reţea în gratii, ia naştere în zonele cu pante

abrupte. Acestea sunt caracteristice în special regiunilor cu şiruri de dealuri formate din

roci tari şi separate de văi largi în care straturile de roci moi ajung la suprafaţă. Aici

cursurile de apă mai mici ce curg de-a lungul văii, tind să se alăture râurilor mai mari, ce

curg prin spaţiile dintre dealuri, în unghi drept. Acest tip de peisaj duce la formarea unei

reţele hidrografice în gratii.

Modelul radiar

Cel de-a treilea tip de reţea hidrografică seamănă cu spiţele unei roţi, deoarece râurile

curg dintr-o zonă centrală spre exterior. Datorită formei sale, această reţea e denumită

reţea radiară sau concentrică.Aceste reţele iau naştere în munţii cu formă cronică- cum sunt

vulcanii-sau în munţii cu formă de cupolă.

9

Densitatea bazinului hidrografic

Densitatea reţelei hidrografice e dată de suprafaţa dintre apele curgătoare ce

alcătuiesc aceea reţea. Despre bazinele hidrografice dense se spune că au o textură fină, iar

despre cele mai puţin dense că au o textură rarefiată.

Densitatea reţelei hidrografice e influenţată de o multitudine de factori, printre care se

numără şi clima. De exemplu, în zonele ploioase o mare parte a apei de ploaie se scurge la

suprafaţa formând o reţea densă de torente, astfel luând naştere o reţea cu textură fină.

Un alt factor de influenţă e tipul de rocă. Torentele se formează în principal în zonele

cu roci impermeabile - roci prin care apa se scurge cu greutate. Din contră, reţelele cu

textură rarefiată apar în regiuni în care calcarul, o rocă permeabilă, predomină în straturile

de la suprafaţă. În regiunile calcaroase apele ploilor se infiltreză în pământ prin numeroase

fisuri(crăpături) şi cavităţi din roci, numite puţuri de scurgere. Ca urmare a acestui

fenomen, solul rămâne uscat, în timp ce apa îşi începe călătoria prin fisurile, pasajele şi

peşterile subterane.

Captarea

Râurile îsi erodează continuu albia, începând de la izvor până spre gura de vărsare.

De asemenea împingându-l în susul râului. Acest proces numit erodare regresivă, e în

general rezultatul creşterii debitului de apă la izvor sau dizlocării şi îndepărtării rocilor din

apropierea locului unde izvorăşte râul.

Aluviunile apar atunci când un torente subsecvent energic îşi taie cale de-a lungul

aflorimentelor de roci moi. Acest proces va deplasa înapoi cumpăna apelor dintre râul

subsecvent şi sistemul hidrografic învecinat. În cele din urmă cursul de apă subsecvent

poate să străpungă cumpăna apelor şi să intercepteze bazinul râului învecinat, ai cărui

afluenţi sunt astfel captaţi. Ulterior apele lor sunt deviate în albia râului subsecvent. Râul

separat de izvorul său va deveni un curs de apă mort, ce ocupă o vale pe care nu ar fi putut

să o creeze singur.

10

O modalitate de a recunoaşte bazinele hidrografice în care s-au produs captări e

căutarea afluenţilor ce se alătură râului colector în sens contrar meandrelor. Geomorfologii

numesc aceste reţele sisteme de drenaj „ghimpate”.

Ramificarea

Când râul ajunge în câmpie, depune materiale transportate, formând bancuri şi

realizând o reţea de canale continuu schimbătoare. Acest proces se numeşte ramificare. Un

exemplu caracteristic este reţeaua de canale Matanuska din Alaska. Există multe asemenea

fuvii în zona preeriilor nord-americane ( Great Plains).

Depunerile se formează într-un mod diferit dacă râul ajunge în câmpie direct din zona

montană . Aceasta se lăţeşte şi depune aluviuni în forma de evantai.O asemenea

formaţiune se numeşte depunere aluvială. Dacă suprafaţa evantaiului este vertiginoasă

atunci vorbim despre con aluvial. Când râul iese din matcă, depune aluviunea pe mal,

ridicând nivelul malului, până ce acesta ajunge până ce acesta ajunge cu mult peste

nivelul câmpiei.Malurile formate în aceasta manieră se numesc diguri naturale.

Condiţiile care influenţează curgerea apei variază în timp, se urmăreşte definirea

caracteristicilor permanente care rezultă dintr-un echilibru considerat la scară geologică.

Topologia reţelei hidrografice : prin topologie se înţelege studiul structurii unei reţele

hidrografice, care presupune numerotarea tronsoanelor cursurilor de apă. Ordinul

cursurilor de apă reprezintă o clasificare care reflectă ramificaţia acestora. Codificarea

cursurilor de apă este utilizată pentru codificarea staţiilor de măsură ( staţii hidrometrice),

permiţând astfel o prelucare automată a datelor. Există mai multe tipuri de clasificare a

tronsoanelor cursurilor de apă şi anume :

a) Clasificarea Gravelius (1935) propune determinare ordinului reţelei pornind din

aval către amonte, astfel :

- cursul de apă principal – ordinul 1 ;

- afluentul principal – ordinul 2 ;

11

- afluentul afluentului principal – ordinul 3 etc.

În Romănia conform Atlasului cadastrelor apelor din 1992, reţeaua hidrografică este

grupată şi codificată în 15 bazine de ordinul 1, cu considerarea afluenţilor până la ordinul 6

inclusiv. Sunt codificate 4864 de cursuri de apă, lungimea totală a acestora fiind de 78905

km. ( Musteaţă 2005).

b) Clasificarea Strahler (1957) : permite descrierea dezvoltării reţelei de drenaj a unui

bazin. Defineşte ordinul cursuilor de apă printr-o regulă simplă : orice curs de apă

fără afluent este de ordinul 1 .

Bazinul hidrografic sau bazinul de recepţie al unui curs de apă, este suprafaţa de pe

care este colectat debitul de apă al acelui curs de apă. Linia care delimitează bazinul

hidrografic se numeşte cumpăna apelor.

Se pot diferenţia două feluri de bazine hidrografice:

– bazinul hidrografic deschis, de suprafaţă este acela de pe care este colectată apa

scursă din precipitaţii şi care e delimitat de o linie de cotă maximă, astfel încât

precipitaţiile care cad de o parte sau de alta a acestei linii se scurg în râuri diferite;

cumpăna apelor pentru bazinul hidrografic de suprafaţă se determină cu ajutorul planurilor

topografice ;

- bazinul hidrografic închis, cu drenaj subteran corespunde alimentării subterane a

cursului de apă; cumpăna apelor subterane este mai greu de precizat, aşa încât de

cele mai multe ori în calculele hidrologice se ia în considerare bazinul hidrografic

superficial, erorile de obicei compensându-se în cazul bazinelor mari.

B I B L I O G R A F I E1. Al. Popescu, A. Teodorescu - Mecanica rocilor în minerit – 19822. Mircea N. Florea - Mecanica rocilor; Ed. Tehn. 19833. Al. Popescu, A. Teodorescu - Bazele mineritului şi mecanica rocilor; Ed. Didactică şi Pedagogică 19834. T. Silion, N. Orlovschi - Calculul structurilor subterane pentru căi decomunicaţie; I.P. Iaşi 19785. M. Bala, Ghe. Popa şi M. Ion - Construcţii hidrotehnice suterane; Ed. Tehn. 19816. L. Macarevici, M. Manolovici - Mecanica rocilor şi construcţii hidrotehnice; I.P.Iaşi 19837. N. Boti şi alţii - Tuneluri şi metropolitane; I.P. Iaşi 19898. N. Ungureanu - Rezistenţa materialelor şi teoria elasticităţii; I.P. Iaşi 1988

12

9. Caquet A., Kerisel J. - Tratat de mecanica pământurilor; Ed. Tehnică Bucureşti 196810. S. Tot, M. Zaporojan - Exploziv şi tehnica împuşcării în industrie; Ed. Tehnică Bucureşti 198511. St. Benea, E. Faur, M. Mănescu - Susţinerea cu ancore şi torcret; Ed. Tehnică Bucureşti 196712. L. Hobst, J. Zajie - Ancorarea în roci; Ed. Tehnică Bucureşti 1981

13