Albia cursurilor de apa

Albia cursurilor de apa

Definitie

Albia reprezinta partea inferioara a unei vai, ocupata permanent sau temporar de curentul de apa ce provine din colectarea precipitatiilor. Prin urmare, albia formeaza suportul solid pe care vehiculeaza curentul de apa cu directie amonte-aval. Asezata pe structuri geologice tari, albia modeleaza forma curentului si ii imprima directiile de curgere; pe structuri aluvionare curentul de apa (prin erodari si depuneri) isi modeleaza singur albia pentru a corespunde legilor sale de miscare.

Albia unui curs de apa este determinata hidrografic prin profile transversale, longitudinale si forma in plan orizontal. Din punct de vedere dinamic, in cadrul albiei, rugozitatea si granulometria peretilor sunt elemente hidraulice care completeaza caracteristicile albiilor.

Una din cele mai generale clasificari pentru albiile de rau este in functie de alcatuirea geologica a regiunii pe care o strabat cursurile de apa. In acest caz se disting: albii in roca in loc; albii semicontrolate de roca in loc; albii aluviale.

Albiile care se adancesc in roca in loc au patul si malurile alcatuite din roca dura, fapt pentru care sunt mai stabile. Cele din a doua categorie numai local sunt formate in roca in loc, in rest se manifesta in depozitele aluviale; cele mai multe dintre albiile existente sunt aluviale; cele care au patul si malurile alcatuite din materiale transportate de rau si depuse pe fundul vailor. Albiile aluviale sunt si cele mai instabile data fiind rezistenta slaba a subtratului la eroziune.

Profilul transversal al albiei

Profilul transversal reprezinta intersectia raului la nivel maxim cu un plan vertical, perpendicular pe directia de curgere a apei, in punctul dat. Forma profilului transversal al albiei, numai in anumite cazuri particulare, poate fi asimilata cu un dreptunghi, trapez, parabola sau combinatii cu acestea.

De regula, profilul transversal al cursurilor de apa este destul de neregulat, la el distingandu-se: albia minora si albia majora.

Albia minora (principala) reprezinta partea mai adanca a vaii, acoperita permanent cu apa, si partile sale laterale care pot avea apa numai o anumita parte din an. Este sapata, de obicei, in aluviuni si mai rar in roca dura (parentala). Pe fundul sau se afla talvegul.

Albia majora (lunca) reprezinta partile laterale ale vaii, mai dezvoltate in suprafata si care sunt acoperite cu apa doar in timpul viiturilor.

La raurile de munte sau cele care curg prin vai incastrate in relief tabular sau cu roci dure - vai de tip canion, defilee si chei - , albia majora poate lipsi total sau partial.

Albia minora prezinta dimensiuni variabile in functie de dimensiunea retelei si a bazinului hidrografic. Raurile mici prezinta adancimi cuprinse intre 0,5-2m, iar cele mari de 4-5m. La fluvii, adancimile pot varia atat in functie de tipul de curs (superior, mijlociu, inferior), cat si de dimensiunea bazinului hidrografic: pot ajunge pana la 90-100m. Pentru Amazon, albia in cursul inferior atinge -92m, iar pentru Dunare, pe bratul Tulcea, in dreptul orasului cu acelasi nume, adancimea maxima este de -41m.

Albia minora a cursurilor de apa cu curgere permanenta este delimitata de cele doua maluri. In functie de structura geologica, malurile, in profil transversal, au inclinari care variaza de la pozitia verticala pana la inclinari de 1/5. Linia adancimilor maxime pe firul albiei minore, in profil transversal si longitudinal, poarta denumirea de talveg.

In locurile unde interactiunea dintre curent si albie este puternica, profilele transversale, pe anumite sectoare, sufera modificari importante care trebuie inregistrate. Aceste modificari sunt provocate de eroziunea care are loc in patul albiei ce coboara si malurile devin abrupte, sau de depunerile aluvionare cand patul albiei sufera o ridicare.

In sectiunea transversala albia majora dispune de trei zone distincte:

- o zona inaltata, fata de albia minora si luciul apei, ce prezinta inaltimi de la cativa centimetri pana la 2-3m si chiar mai mult; este situata in imediata apropiere a luciului de apa si poarta denumirea de grinduri fluviale (longitudinale). Inaltarea lor se datoreaza aluvionarii din timpul viiturilor;

- o zona de tranzitie, mai coborata si mai neteda, cunoscuta sub numele de lunca centrala. Ocupa cea mai mare suprafata din cadrul luncii;

- zona cea mai joasa, alungita, situata intre lunca centrala si versant, purtand inca amprenta unor vechi albii minore. Poarta denumirea de lunca preterasa si mijloceste trecerea spre versantul propriu-zis al vaii. Nivelul freatic este ridicat, legat, in primul rand, de nivelul raului, dar si de aportul apei provenite de pe versanti. Sunt frecvente inmlastinirile si vegetatia este higrofila (stufaris, papuris, trestie).

Albia minora si partile sale laterale (adica luncile) formeaza albia majora a unui curs de apa. In functie de gradul inundabilitatii, albia majora are intinderi mai mari sau mai mici. Calculele hidrologice de probabilitate si cele pur hidrologice, permit determinarea intinderii albiei majore pentru diferite asigurari de depasire a debitelor maxime.

Albiile majore ale cursurilor de apa indeplinesc functii hidrologice (atenuarea undelor de viitura, stabilizarea liniei malului, reincarcarea panzei freatice etc.) si contribuie la imbunatatirea calitatii apei (retinerea sedimentelor, absorbtia nutrientilor) (Diaconu, 1999).

Profilul transversal al albiei unui rau este limitat, la partea inferioara, de fund, iar lateral, de maluri.

Din punct de vedere hidrologic, la un profil transversal, in mod obisnuit, se disting:

- suprafata sectiunii transversale a albiei pana la nivelul maxim;

- suprafata sectiunii transversale a albiei la un moment dat. In cadrul acestei suprafete se disting: o sectiune cu spatiu activ si alta cu spatiu inactiv (cand raul este fara pod de gheata); in cazul in care raul prezinta un strat de gheata, se deosebesc: sectiunea activa, spatii inactive, sectiunea naboiului (gheata spongioasa netransparenta), sectiunea ghetii, sectiunea zapezii, uneori sectiunea cu aer cuprins intre podul de gheata (suspendat) si nivelul raului.

Profilul longitudinal al raurilor

Profilul longitudinal al raurilor imprima unul din cele mai interesante caractere apelor curgatoare. El reprezinta transpunerea in plan vertical a liniei talvegului si a liniilor suprafetei libere la anumite asigurari ale debitului.

Panta unui rau este invers proportionala cu debitul de apa scurs (Gilbert, 1877). Printre cercetatorii care au adus contributii importante la analiza acestui domeniu se pot remarca: Iovanovici (1940), Ivanov (1952), Makaveev (1955), Hack (1957), Birot (1961), Zavoianu (1978) etc.

Forma profilelor, in special concavitatea lor, mai mult sau mai putin accentuata, este rezultanta mai multor factori:

- concentrarea debitului colectat de reteaua de drenaj intr-o singura albie, care are ca rezultat cresterea capacitatii de transport a cursului principal;

- uzura aluviunilor care le determina micsorarea dimensiunii; se produce in orice sector de rau. Prin diminuarea granulozitatii pot fi antrenate mai usor in miscare;

- panta versantilor, pentru orice bazin hidrografic, scade din amonte spre aval, cu influente, in primul rand, asupra dimensiunii materialelor pe care versantii le da albiilor (Birot, 1961).

Cu toate ca este de mare folos pentru hidrologie si geomorfologie, analiza profilelor longitudinale ramane inca destul de greoaie. Cauza principala o constituie marea complexitate a fenomenelor din albie, ca domeniu de interferenta intre procesele geomorfologice, hidrologice si hidraulice. Numarul de factori care concura la realizarea unei anumite forme a profilului longitudinal este destul de mare si nu s-a gasit inca metoda de determinare a ponderii pe care o are fiecare.

Evolutia profilului longitudinal a raurilor este in stransa dependenta cu aspectele orografice: natura si structura geologica, regimul climatic, gradul de evolutia al vaii, debitul raului. Pentru raurile cu caracter torential, sau cele situate in structuri geologice variate, profilul longitudinal se prezinta in trepte. Aparitia accidentelor se explica prin faptul ca raul, in evolutia sa, nu a avut suficient timp sa-si erodeze patul deoarece curge peste roci cu rezistenta diferita. Treptelor din profilul longitudinal le corespund, pe cursul principal, cascadele, repezisurile etc.

Cascada apare, de obicei, in regiunile faliate sau unde structura geologica este diferita. Profilul longitudinal al raului prezinta o cadere importanta pe verticala. In cazul cascadelor eroziunea nu se face liniar ci prin fenomenul de evorsiune: apa care cade de la diferite inaltimi da nastere unor vartejuri; acestea antreneaza pietrisuri si nisipuri care contribuie, la randu-le, la accentuarea eroziunii si formarea unor marmite sau bulboane ce se largesc treptat si duc la subminarea albiei si prabusirea pachetelor de straturi ramase fara suport. Eroziunea regresiva, in acest caz, este foarte puternica si tinde sa atenueze abruptul.

Prin evolutia regresiva a cascadei, profilul raului se transforma in repezis; faza intermediara spre repezis este reprezentata de pragurile care pot aparea pe traseul unui profil longitudinal, fie izolat, fie succesiv. Pe repezis, apa nu mai cade vertical ci pe trepte structurale mici sau pe un plan inclinat: Angel, pe raul Caroni (Venezuela), cu o cadere de 978m; Victoria, pe Zambezi, cu 122m; Niagara, intre Canada si S.U.A., cu 50m; Balea, in Muntii Fagaras; Vanturisu, in Muntii Bucegi; Duruitoarea, in Muntii Ceahlaului etc.

Repezisurile sunt sectoare ale cursului de apa, cu pante accentuate, cauzate de structura geologica, unde scurgerea este rapida.

Pragurile sunt sectoare ridicate de pe fundul albiei minore, care produc o crestere a vitezei de curgere din cauza reducerii adancimii. Apar in locurile cu roci dure sau de depunere a materialului aluvionar.

Profilul longitudinal al oglinzii apei se apropie de cel al albiei propriu-zise. Deosebirea consta in faptul ca profilul albiei prezinta mai multe denivelari datorate rugozitatii, depunerilor aluvionare, structurii geologice etc.; cel al apei este mai accentuat.

Curba profilului longitudinal a suprafetei apei se gaseste in raport direct cu variatiile de nivel ale acesteia. Pentru nivelurile foarte scazute profilul longitudinal al apei capata aspectul unor trepte care coboara spre gura de varsare. Odata cu cresterea debitului, apa se va revarsa peste praguri, cu viteze mici, producand repezisuri si acopera astfel intreaga albie. In sectoarele cu concavitati, viteza apei este mica, in timp ce deasupra pragurilor viteza este mai mare (aproximativ identica cu cea din talveg). La o crestere si mai mare a debitului, pantele albiei cresc la praguri si scad la concavitati. In faza cand apele cresc foarte mult, pantele albiei se niveleaza. Variatia pantelor este legata de fluctuatia nivelului, de viteza de curgere, de procesul de eroziune si acumulare. In cazul nivelului ridicat se produce o puternica eroziune a concavitatilor si o acumulare a materialului in zonele cu asperitati.

Panta unui rau poate fi studiata sub doua aspecte: panta albiei si panta oglinzii.

Panta raului reprezinta raportul dintre altitudinea punctului de izvor si a celui de varsare si lungimea raului. Valoarea pantei rezulta din formula:

unde:

I = panta;

H₁ = cota nivelului punctului superior;

H₂ = cota nivelului punctului inferior;

L = distanta dintre puncte.

Cu cat diferenta de nivel dintre cele doua extreme ale raului este mai mare, cu atat panta este mai accentuata. Valoarea pantei se exprima in grade, metru pe metru sau metru pe kilometru.

Profilul albiei raului sufera transformari evolutive: in stadiul initial prezinta o serie de rupturi de panta; in stadiul intermediar, rupturile de panta se atenueaza; in stadiul evolutiei avansate, rupturile de panta dispar aproape complet (raul poate ajunge la un profil de echilibru ideal).

Profilul de echilibru specific unui rau se realizeaza atunci cand eroziunea si acumularea se compenseaza, tinzand catre valoarea zero. Notiunea matematica abstracta, profilul de echilibru exprima limita de actiune a raului care se gaseste foarte rar in natura. El poat fi atins doar in conditiile unei stabilitati a nivelului de baza, adica a lipsei miscarilor tectonice in cuprinsul bazinului, precum si a uniformitatii indelungate a climatului.

Profilul de echilibru este redat de o curba parabolica, mai accentuata in regiunea izvoarelor si foarte domoala spre gura de varsare. In cadrul profilului, chiar daca se mentin aceleasi conditii climatice, se produc si unele schimbari:

- daca in bazinul superior (alpin) al raului se produc miscari tectonice pozitive, eroziunea va fi mai intensa in regiunea izvoarelor, iar pe cursul inferior se va accentua colmatarea;

- daca bazinul superior sufera miscari tectonice de coborare, ritmul eroziunii se domoleste si creste aluvionarea;

- daca nivelul de baza (baza de eroziune) se ridica, colmatarea din bazinul inferior se mareste;

- daca nuvelul de baza coboara, se accelereaza eroziunea, mai ales cea regresiva chiar si in cursul inferior.

Nivelul de baza (baza de eroziune)

Reprezinta locul de confluenta sau de varsare a unui rau intr-un bazin lacustru, marin sau oceanic. Nivelurile de baza pot fi:

- generale (date de oceane);

- legate de marile continentale (Marea Neagra, Marea Caspica);

- locale (date de confluenta a doua rauri).

Configuratia in plan a raurilor

In functie de configuratia in plan a cursurilor de apa se pot distinge trei tipuri majore de albii (Leopold, Wolman, Miller, 1964): rectilinii, meandrate si impletite.

a. Albiile rectilinii

"Albiile de rau cu traseu drept sunt atat de rare incat aproape ca nu exista" (Leopold, Wolman, 1957). In totalul general al albiilor ele detin o pondere foarte redusa. Segmentele drepte de albie rareori depasesc de zece ori latimea albiei minore. Rectiliniaritatea este considerata o stare temporara in comportarea albiilor, comparativ cu meandrarea, care este o stare des intalnita in natura (Langbein, Leopold, 1966). Conventional, se considera rectilinie, albia cu indicele de sinuozitate mai mic de 1,1 (Schuman, 1977; Richards, 1982).

Ca urmare a studiilor intreprinse asupra morfologiei curgerii apei, ratei transportului aluvionar, faciesului de albie etc. s-a demonstrat si accentuat starea de "temporalitate" a albiilor drepte in devenirea lor spre tipul meandrat (Leopold, Wolman, 1957; Langbein, Leopold, 1966; Leopold, 1982). La nivelul morfologiei albiei s-a aratat ca:

- desi albia, in plan, este dreapta, talvegul are un traseu sinuos;

- secventa vaduri-adancituri se organizeaza dupa aceleasi legi ca in raurile meandrate sau impletite.

Morfologia apei este controlata de fenomenul cunoscut sub numele de "circulatia secundara" a apei care se suprapune peste circulatia principala, in directia aval, aceasta fiind cauzata de:

- crearea turbulentei datorita neregularitatii malurilor;

- diferenta de densitate cauzata de variatiile temperaturii sau concentratiei de aluviuni;

- interactiunea curgerii cu spatiile "moarte" din colturile sectiunilor transversale ale albiilor.

Traseul rectiliniu, odata instalat, se caracterizeaza printr-o stabilitate morfologica mare datorata capacitatii erozive limitate a albiilor in perimetrul lor; eroziunea malurilor se manifesta doar acolo unde se produce divergenta in jurul vadului, iar eroziunea patului se produce unde are loc convergenta curgerii in adancuri. Albiile rectilinii reflecta conditii de stabilitate relativa si din punct de vedere al alcatuirii granulometrice. Patul albiilor este alcatuit, in general, din material grosier (pietris, bolovanis) pe care raul, cu sinuozitate si putere scazuta de transport, nu-l poate pune in miscare.

b. Albiile meandrate

Traseele in plan relativ stabil al albiilor de rau, formate intr-un pat aluvionar, este traseul meandrat determinat de actiunea eroziunii laterale. Sinuozitatile formate de rauri poarta denumirea de meandre si se formeaza datorita raurilor care in deplasarea lor lovesc malurile; repetabilitatea fenomenului determina eroziunea malurilor, transportul materialului desprins si depunerea acestuia. Prin eroziune se genereaza concavitati, iar prin acumulare, bancuri de nisip sau pietris in malul convex.

Denumirea de "meandru", cu semnificatia de curs sinuos, deriva de la hidronimul Maiandros (mentionat pentru prima data in Iliada lui Homer), dat unui rau din regiunea Anatoliei (Asia Mica). Primul studiu asupra raului Maiandros (Russell, 1954) s-a efectuat mult mai tarziu, dupa ce s-a folosit deja denumirea in definirea raurilor sinuoase. Cateva lucrari din secolul al XIX-lea si inceputul secolului XX au consacrat o mare parte din informatii acestei terminologii (Adamis, 1848; Miller, 1883; Davis, 1902; Jefferson, 1902). Folosirea termenului "meandru" se datoreaza nu atat cunoasterii raului anatolian, ci mai curand hidronimului grecesc "maiandros" care, in traducere libera, inseamna "fluviu din Caris, celebru prin sinuozitatile sale". "Andros" in greaca inseamna rau sinuos.

Albiile impletite

Definitie

In literatura romaneasca, albiile impletite sunt cunoscute si sub denumirea de albii despletite. Amith (1973) caracterizeaza acest gen de albii ca fiind "un rau care curge prin mai multe albii ce se despart si se reunesc, asemanandu-se cu suvitele unei funii, cauza diviziunii fiind obstructia prin depunerea de aluviuni de catre un rau".

De regula, albiile impletite au pante mari, transporta in mod predominant debit tarat care, la randu-i, se acumuleaza intr-o retea complicata de bare si ostroave, inundate de ape mari. Pentru albiile impletite s-au propus mai multe denumiri: "albii cu mai multe brate" (Kondratiev, Popov, 1967); "albii multiple" (Brice, 1964) etc. Se propune si o formula de calcul a indicelui de impletire (Brice, 1964):

Cauzele formarii albiilor impletite

Pentru aparitia si dezvoltarea albiilor impletite sunt admise urmatoarele conditii: maluri usor erodabile; variatie rapida si mare a debitului lichid; cresterea pantei; debit solid abundent; incompetenta locala a curgerii,

Schimbarea morfologiei albiei, de la tipul sinuos la cel impletit, reflecta o discontinuitate morfodinamica si se asociaza cu o schimbare in regimul tranzitului de aluviuni. Morfologia in plan a albiilor impletite este controlata de formarea ostroavelor romboidale.

Forme ale curgerii fluviale

Teoriile mecanicii fluidelor se aplica atat curgerii apei, cat si miscarii aerului. In dinamica apei raurilor, pe langa factorii intrinseci, intervin si cei extrinseci, care pot fi factori de conditie (natura si rezistenta rocilor, obstacolele din cale curentului) si factori de presiune (aporturi suplimentare si abundente de apa, indiguirea albiilor etc.). Apa, lichid vascos (newtonian), curge dupa exercitarea unui effort de solicitare. Aceasta forta care propulseaza lichidul pe pante, poarta numele de gravitatie.

Viteza de deplasare a apei este in functie de corelatiile existente intre componenta fortei gravitationale si fortele de rezistenta care se nasc prin frecarea apei cu albia. Componenta fortei gravitationale depinde de profilul longitudinal al curentului, iar rezistenta, de gradul de rugozitate specific substratului.

Fluidele vascoase se deformeaza continuu prin exercitarea fortelor de solicitare, iar rata deformarii este proportionala cu fortele puse in joc. Raportul dintre rata si forta deformarii (stres) poarta denumirea de vascozitate (v). Valoarea acesteia, la ape cu temperaturi de 0⁰C este de 0,018, la 10⁰C de 0,013 si la 20⁰C de 0,010 poise. Apa curgatoare, cel mai important fluid vascos, se poate deplasa in natura sub doua forme: laminara si turbulenta.

Miscarea laminara reprezinta deplasarea unor suvite de apa, paralele intre ele in cadrul masei de apa. Vitezele sunt maxime la suprafata si mici la fundul albiei.

In cadrul albiilor naturale, miscarea laminara se intalneste foarte rar. Este specifica, cu precadere, canalelor cu panta redusa care prezinta un strat subtire de apa, sau apelor subterane cu viteze mici, in cadrul terenurilor cu granulometrie fina si uniforma.

Miscarea turbulenta. La cresterea debitelor si implicita a vitezei apelor, miscarea laminara devine instabila si trece intr-o miscare dezordonata cunoscuta sub numele de miscare turbulenta. Cea mai cunoscuta expresie pentru definirea tranzitiei vitezei, de la cea laminara spre cea turbulenta, este numarul Reynolds:

unde:

V = viteza;

D = adancimea;

vasc.din = vascozitatea dinamica sau cinematica.

Datorita caracterului turbulent al apei, se asista la un amestec proportional cu cresterea vitezei. In urma acestui amestec se uniformizeaza temperatura raurilor.

Curgerea turbulenta prezinta doua forme:

- curgerea turbulenta linistita;

- curegerea turbulenta agitata (zbuciumata).

Viteza la care apare trecerea de la curgerea linistita la cea agitata (accelerata) este cunoscuta sub numele de numarul Froude:

unde:

g = gravitatia;

D = adancimea.

Daca numarul Froude este mai mic ca unitatea (1), curgerea este linistita, iar cand devine mai mare, curgerea este agitata. Curgerea turbulenta agitata implica o accelerare a vitezelor si apare in sectoarele in care se produce o constrangere din partea albiei.

Existenta diferitelor tipuri de curgere turbulenta rezulta din faptul ca pentru valori date ale energiei specifice si debitului, exista doua alternative: forma vitezelor ridicate in patura superficiala; forma vitezelor joase la adancime (Mac, 1986). Valoarea defineste viteza la care undele misca transversal apa superficiala, aceasta explicand de ce tulburarile de suprafata nu sunt transmise spre amonte cand numarul Froude depaseste unitate.

Miscarea turbulenta prezinta urmatoarele caracteristici:

- la distanta mica de fund, sau in apropierea malurilor, viteza are valori reduse si difera mult de celelalte viteze ale raului;

- la fiecare punct al cursului de apa vectorul vitezei are o directia variabila ce tinde spre sensul principal al cursului, sub unghiuri diferite;

- miscarea turbulenta a apei nu depinde de vascozitatea ei;

- rezistenta la curgere a apei este proportionala cu patratul vitezei curentului.

In cadrul albiilor, viteza curentului variaza in functie de o serie de factori morfologici si hidrologici.

Factorii morfologici sunt cunoscuti si sub denumirea de "geometria albiilor" sau "geometria paturilor". Cuprind: panta, adancimea albiei, raza hidraulica etc, adica forma profilului transversal al albiei. Acesta se poate obtine prin relatia:

unde:

S = sectiunea albiei;

P = perimetru udat.

Factorii hidrologici depind de variatiile de debit. Viteza, potrivit relatiei Manning, poate fi calculata astfel:

unde:

R = raza hidraulica;

S = patul albiei;

n = coeficient, indicativ al rugozitatii albiei (se refere doar la particulele patului, la sinuozitatile albiei si la prezenta unor obstacole de genul tufisurilor, arborilor etc.).

La cresteri de debit, cand patul albiei este stabil, are loc o adancire, numai ca perimetrul udat se mareste lent. Raza hidraulica se mareste odata cu debitul si pierderea de energie devine mai slaba permitand cresterea vitezei. Fenomenul ramane stabil pana la producerea revarsarilor, moment ce coincide cu o schimbare a relatiilor vechi si crearea altora noi, specifice formarii campiilor aluviale.

Viteza apei in cadrul albiilor

Ca urmare a existentei factorilor diversi ce se manifesta in natura, mai ales cei din cadrul albiei, miscarea apei este un fenomen complex. In orice punct al curentului, vitezele pulseaza dezordonat. Puseurile cele mai mari se petrec pe fund, la maluri sau sub stratul de zapada, iar cele mai mici se gasesc la suprafata curentului (pentru aceleasi puncte de masurare marimea pulsatiilor variaza odata cu vitezele curentilor).

Pe o sectiune activa a unui curs de apa, in fiecare punct, exista doua tipuri de viteze: una instantanee, care variaza in timp ca marime si directie; alta medie, care detine o valoare mai stabila (se determina intr-un timp mai indelungat, pana la cateva minute). In masa de apa, fiecare punct dintr-o sectiune, pentru aceeasi perioada de timp, ocupa pozitii diferite. Linia de cea mai mare viteza este situata in mijlocul raului, cand albia prezinta un traseu rectiliniu si la o treime, in masa de apa, din distanta suprafata-fund (adancimea profilului).

Morisca hidrometrica este instrumentul cu care se masoara viteza punctuala a curentului de apa. Ea a fost inventata de Woltman in 1790, pentru a masura viteza apei in canale. Rotorul elicei detine un surub fara sfarsit, cuplat cu o rotita zimtata astfel incat, la un numar n de rotatii ale elicei, sa se realizeze un contact electric si, ca urmare, sa se inregistreze un semnal: sonor, cand este cuplat cu o sonerie; luminos, cand este atasat un bec. Semnalul poate fi dat la anumite intervale (20, 50 sau chiar la fiecare rotatie a paletei). Intre numarul de rotatii pe secunda (n) si viteza apei (V) exista o relatie liniara, pusa in evidenta de relatia:

V = a+bn.

unde:

a = viteza de pornire a moristii (viteza de la care curentul de apa reuseste sa puna in miscare paleta);

b = constanta care se determina la etalonarea moristii.

Timpul de masurare este, de regula, cuprins intre 120''-140'' in cazul in care curentul are pulsatii puternice. Prin faptul ca morisca emite un semnal la 20 rotatii complete, se pot intalni doua situatii:

- cand morisca emite un semnal la mai mult de 15'' se inscrie in carnet, in prima casuta, prima citire, a doua citire in ce-a de-a doua casuta etc. pana la cel de-al optulea semnal;

- daca pe durata primelor 15'' morisca a dat deja doua semnale, se asteapta al treilea semnal; in prima casuta se vor marca doua puncte si se va trece timpul la cea de-a treia citire; operatia se repeta timp de 2' si notarile din fiecare casuta semnifica 60 de rotatii (trei semnale a cate 20 ture fiecare).

Corpul moristii realizeaza legatura dintre elice si coada, fiind prevazut cu un orificiu prin care se introduce tija. Coada moristii, lata si usoara, are rolul de a permite directionarea elicei pe directia curentului cu viteza punctuala maxima. Ca accesorii, morisca detine: cronometru, dispozitivul de contorizare a rotatiilor, tija cu talpa pentru a mentine morisca fixata pe tija cu un surub, la adancimea aleasa, dispozitivul optic sau sonor de semnalizare a numarului de contacte etc.

Moristile pot inregistra viteze intre 0,05-4 m/s. In general, fiecare morisca are doua palete, cu sensibilitati diferite, una pentru vitezele mici, si alta pentru vitezele mari, cu sensibilitate mai mica. Cand masurarea se efectueaza intr-un singur punct, viteza poarta denumirea de viteza punctuala.

Masurarea vitezei se bazeaza pe calcularea numarului de rotatii ale paletei in timp de o secunda. In acest sens, morisca fixata pe tija se introduce in apa, pe verticala de viteza, la adancimea dorita. Dupa un anumit timp de asteptare pentru uniformizarea miscarii, la urmatorul semnal se da drumul la cronometru, care va fi oprit dupa un numar par de semnale. Daca in timpul t s-au inregistrat s semnale si intre semnale morisca face M rotatii, numarul N de rotatii pe secunda este dat de ecuatia:

Determinarea, pentru fiecare verticala, a punctelor standard de masurare a vitezei, se face in functie de adancimea apei, de prezenta sau lipsa fenomenelor de inghet si de diametrul paletei utilizate. Adancimea punctului "suprafata" se fixeaza cu jumatatea diametrului paletei mai jos de suprafata apei, iar pentru punctul "fund" la jumatatea diametrului plus 1 cm mai sus de fundul apei. In conditiile in care cursul de apa detine pod de gheata, se recomanda suplimentarea punctelor de masurare.

Pe aceeasi verticala, in cazul in care adancimile permit, un singur punct de masurare nu este concludent si se impune efectuarea mai multor masuratori. In acest caz se face reprezentarea grafica a vitezelor pe verticala, cunoscuta sub numele de hodograful vitezelor.

Calcularea vitezei medii

Cu ajutorul miristii hidrometrice se determina, pentru fiecare punct al verticalei de adancime, vitezele curentilor de apa.

Viteza medie se poate calcula prin mai multe metode: grafomecanica, grafoanalitica, analitica, integrativa si hidraulica, cand se utilizeaza morisca si masurarea cu flotori, tahobatometrele si tubul hidrometric, cand se utilizeaza alte instrumente.

Metoda grafomecanica se refera la raportul dintre suprafata epurei vitezelor (F_v) si adancimea apei (h).

Suprafata epurei se determina prin planimetrare sau cu ajutorul patratelor module.

Metoda grafoanalitica este utilizata pentru obtinera vitezei medii ca fiind media aritmetica a tuturor vectorilor de viteza stabiliti prin masuratori cu morisca hidrometrica.

unde:

ΣV_i = suma vitezelor medii pentru toate fasiile orizontale;

n = numarul fasiilor orizontale.

Metoda analitica faciliteaza calcularea vitezei medii, pe fiecare verticala, in functie de adancimea apei si de numarul de viteze punctuale determinate. La viteze mici se utilizeaza formula:

V_m = V_0,6h.

La viteze determinate in doua puncte se utilizeaza formula:

La viteze determinate in trei puncte se utilizeaza formula:

La viteze determinate in cinci puncte se utilizeaza formula:

Metoda integrativa (integrarii vitezelor pe verticala) face ca morisca, pe verticala de viteza, sa nu se tina fixa la un punct dat, ci culiseaza pe tija, cu o viteza constanta de sus in jos si invers, notandu-se numarul de impulsuri pe intregul parcurs. Viteza de translatie a moristii trebuie sa fie redusa si uniforma deoarece trebuie prinse toate fluctuatiile vitezelor.

Este o metoda frecvent folosita in cazul contoarelor electronice utilizate la moristi. Pentru moristile cu contact, la fiecare rotatie, daca se cunoaste numarul rotatiilor (N) si timpul (t), se poate determina numarul de rotatii se secunda (n) prin formula:

Metoda hidraulica face apel la formula Chezy:

unde:

V = viteza medie pe sectiune;

C = coeficient de viteza;

R = raza hidraulica;

I = panta suprafetei apei in profil transversal.

Masurarea cu flotori presupune o dotare foarte simpla: ceas cu cronometru sau secundar central, plutitori si posibilitatea de a masura o distanta intre doua repere de pe mal.

In vederea masurarii se alege un sector de albie rectilinie pe o distansa care sa depaseasca de cel putin 3-5 ori latimea cursului. La reperul din amonte se lanseaza pe suprafata apei unul sau mai multi plutitori (sticle de plastic, betisoare de 5-10 cm, spuma spongioasa etc.) care sunt capabili sa se deplaseze odata cu masa de apa. De regula, se lanseaza un flotor in amonte de sectiunea primului reper si se porneste cronometrarea in momentul cand flotorul trece prin sectiune; este urmarit pe traseu pana la sectiunea din aval, moment in care se opreste cronometrul si se stabileste timpul scurs.

Pentru aflarea vitezei sunt necesari urmatorii parametri: distanta parcursa de flotor (D) si timpul parcurs (t):

Pentru raurile cu latimi mari se recomanda folosirea mai multor flotori pentru a cuprinde toata sectiunea. In acest caz viteza medie pe sectiune rezulta din media aritmetica a vitezelor grupelor de flotorii utilizati.

Este recomandat ca masuratoarea sa se repete de 2-3 ori. In primul rand sunt lansati flotorii din zona centrale si mai apoi cei laterali.

Metoda utilizata determina viteza apei doar la suprafata. Pentru determinarea vitezei medii se aplica un coeficient de corectie. Pentru determinarea vitezelor de adancime se pot folosi si flotori de adancime sau prajini hidrometrice.

Tahobatometrele sunt folosite pentru recoltarea aluviunilor aflate in suspensie la diferite adancimi. Uneori, sunt folosite si la determinarea vitezei de curgere prin determinarea timpului de umplere a unui volum cunoscut:

V = F(q).

Sunt folosite doua tipuri de tahibatometre: pliant si cu volum constant. Se tine cont de curba de tarare sau de graficele de legatura care redau viteza curentului in functie de timpul de umplere.

Curba de tarare reprezinta graficul stabilit prin masuratori experimentale potrivit careia se poate stabili viteza, cunoscand timpul de umplere. Cu cat viteza curentului este mai mare cu atat timpul de umplere este mai mic si invers.

Tubul hidrometric (Pitôt) este utilizat din anul 1732 si consta dintr-un tub de sticla indoit la 90⁰, cu deschidere la ambele capete, numai ca prezinta o deschidere mai mica la partea care se introduce in apa. Deschiderea din apa este indreptata spre curent si din cauza presiunii dinamice apa se ridica in tub, deasupra oglinzii apei, cu atat mai mult cu cat viteza curentului este mai mare. In acest caz se citeste inaltimea (h) la care se ridica apa si viteza (V):

unde:

C = constanta care se determina la etalonarea aparatului.

Reprezentarea, la o anumita scara, sub forma unor vectori, a sectiunii active a raului, reda o curba de repartizare a vitezelor pe verticala care poara denumirea de epura vitezelor. Aceasta, in conditiile unei albii naturale normale, este minima in apropierea fundului, iar spre suprafata este maxima.

Deplasarii apei spre aval i se opune forta de rezistenta sau frecarea dintre apa si patul albiei ori cu malurile ei. Patul albiei, la randul lui, nu este uniform ci detine numeroase neregularitati (rugozitate). In aceste conditii epura vitezelor poate avea alte forme: in conditiile existenetie unui banc de nisip, vitezele se maresc brusc de la fund spre suprafata; cand in patul albiei apare un obstacol de genul unei stanci, prag sau bolovan, epura vitezei prezinta o deformare la extremitatea superioara a proeminentei, deasupra caruia sufera o puternica bombare spre aval; in conditiile unui pod de gheata situatia se modifica data fiind prezenta asperitatilor pe care le contine gheata; in conditiile unei valori ridicate a coeficientului de rugozitate (de ambele parti), viteza maxima se afla mai jos de jumatate din verticala adancimii cand gheata prezinta naboi la inceputul iernii, si ceva mai sus, la sfarsitul iernii, din cauza netezirii treptate a partii inferioare a ghetii etc.

Pentru viteza medie dintr-o sectiune se calculeaza vitezele pentru punctele caracteristice (mal, fund, suprafata, mediana etc.) pentru ca aceasta sa exprime activitatea intregului rau. Este egala, de regula, cu 6/10 din viteza maxima, depinzand de adancimea relativa a raului.

Apa, in cele mai multe rauri, este afectata de turbulenta, adica de un sistem permanent de numeroase vartejuri cu caracter efemer. O molecula de apa de pe cursul unui rau turbulent se deplaseaza sub o traiectorie foarte neregulata, de gen "tirbuson"; se poate misca in sus, jos, lateral etc. Aspectul descris este foarte important in dinamica aluviunilor.

In conditiile in care un rau prezinta adancimi mari si nu are pod de gheata, se utilizeaza ca standard, in masurarea vitezelor, urmatoarele adancimi: suprafata; 0,2 din adancime (plecand de la suprafata); 0,6 din adancime; 0,8 din adancime; pe fund.

Pentru apele curgatoare cu adancimi mai mici de 80 cm, numarul punctelor de masurare a vitezelor se stabileste intr-o cu totul alta maniera (tabel 2).

Tabel 2 Masurarea vitezei apei in raurile cu adancimi mai mici de 80 cm

Alegerea verticalelor este variabila, in functie de latimea raului.

Tabel 3 Numarul verticalelor de masurare a vitezelor in functie de latimea raurilor

Graficul repartizarii vitezelor (izotahelor) se obtine prin cunoasterea vitezelor in punctele standard. Pe o albie normala de rau, izotahele sunt deschise la suprafata; rareori, cele ale vitezelor maxime pot fi inchise. In conditiile existentei podului de gheata, izotahele capata aspectul unor linii inchise, axa dinamica a cursului fiind situata spre centrul curentului sau este usor delpasata spre regiunea cu rugozitate mai mica.

Curentii din rauri

In natura este foarte greu de sesizat un traseu perfect rectiliniu. Toate cursurile de apa prezinta curburi mai ample sau mai mici, cunoscute sub denumirea generica de meandre. Orice menadra prezinta o adancire mai mare in dreptul malului concav si o zona cu adancimi mici , unde predomina acumularea, in malul concav.

Aparitia malurilor concave adanci si a celor usor adancite, se datoreaza unor cauze diverse: forta de gravitatie, forta Coriolis, forta centrifuga. Cea mai importanta dintre ele, mai ales in cadrul meandrelor, este forta centrifuga a carei valoare se poate determina cu ajutorul formulei:

unde:

m = masa apei;

V = viteza;

R = raza de curbura a concavitatii.

Aceasta forta determina o ridicare a oglinzii apei spre malul concav, sub un unghi α, cu o anumita inaltime (H), care poate fi determinata cu ajutorul vitezei curentului, a razei de curbura a raului (R) a acceleratiei gravitationale (g) si a latimii raului (B).

Intr-un curs natural de apa i-au nastere curenti interiori foarte complecsi: un curent superficial, convergent, in forma de pana ce coboara spre talveg; un curent de fund, divergent, in forma de evantai, ce se abate traptat de la directia convergenta a curentului de la talveg spre maluri.

Datorita vitezei mai mari a masei de apa din zona centrala a unui rau se formeaza curentul superficial convergent care atrage dupa sine apa de la margini, formand spre suprafata o coama mai ridicata. Curentul superficial convergent provoaca formarea unor curenti circulari care, in sectoarele rectilinii ale raurilor, in sectiune transversala, se separa in doua circuite ce converg spre suprafata si diverg in adancime. Prin actiunea curentului de fund, materialul erodat, atat din albie, cat si din malul concav, este depus in sectorul reniei.

Datorita miscarii de atractie a apei, curentii circulari se manifesta, de-a lungul raului, sub forma unor curenti elicoidali longitudinali, divergenti spre profunzime, usor vizibili in portiunile rectilinii ale albiilor. In cadrul meandrelor, acolo unde talvegul se apropie de malul concav, se produce o afluenta unilaterala, iar cele doua inele circulare, formate in sectorul rectiliniu al cursului, se transforma intr-o miscare circulara unilaterala. In acest sector, particulele de apa din imediata apropiere a malului, intampinand rezistenta materialelor din care este compus, se abat de la directia lor initiala deplasandu-se de-a lungul curburii malului concav.

Curentul de langa mal este presat de curentul invecinat ce se misca rectiliniu, se izbeste de mal si este reflectat indreptandu-se in directia malului opus. Curentii respinsi, astfel rezultati, din cauza vitezei reduse, nu vor mai putea invinge presiunea celorlalti si vor fi nevoiti sa coboare la fund, determinand aparitia circulatiei de adancime indreptata de la mal spre profunzime si spre malul opus.

In profil transversal curentii vor avea viteze maxime langa malul concav, reduse pe fund si minime in regiunea malului convex. Prin coborarea lor in dreptul malului concav, curentii il vor eroda si vor antrena aluviunile spre malul convex unde le vor depune datorita vitezei reduse.

La revarsari, directia generala a curentilor cauta sa se conformeze directiei vaii raului si nu sinuozitatii albiei minore. Se formeaza astfel doua cursuri de apa: superior, ce urmeaza directia vaii; inferior, pe directia albiei minore. Se pune in evidenta existenta unor zone de amestec turbulent in regiunea de tranzitie dintre albia minora si cea majora, caracterizate prin formarea de turbioane cu axa verticala care realizeaza un transfer cantitativ de miscare intre albii. In urma acestui transfer cantitativ de miscare intre albia minora si cea majora, produs prin aceste turbioane, vitezele si debitele corespunzatoare primei, se reduc, iar celei corespunzatoare celei de-a doua, cresc.

Dinamica procesului de interactiune se explica pe baza conceptului emis de Hsin-Kuan Liu (1957), aplicat initial pentru formarea ripplurilor din patul albiilor aluvionare. Cei doi curenti sunt in contact si se deplaseaza cu viteze difereite in aceeasi directie. Cand, dintr-un motiv oarecare, in unul din straturi se produce o usoara deviere de la directia rectilinie initiala, vitezele locale se vor micsora in zonele in care liniile de curent sunt divergente si vor creste in zonele in care acestea sunt convergente. Fenomenul conduce la accentuarea iregularitatilor liniilor de curent in lungul curgerii astfel incat, la un moment dat, echilibrul se rupe si zonele de discontinuitate se transforma intr-o serie de turbioane de marime finita.

In profil transversal, curentii de apa superficiali, prin deviere, se vor izbi de maluri si se vor transforma in curenti transversali de fund. In sectorul bancurilor de nisip se observa o dispozitie a curentilor sub forma de evantai deoarece nu exista o curbura bine definita a albiei in plan si nici posibilitatea folosirii unor curenti transversali. Din aceasta cauza curentii orizontali se imprastie in toata sectiunea si se amesteca intre ei.

Principalele caracteristici ale curgerii intr-o albie meandrata se rezuma la:

- existenta unei miscari generale elicoidale, liniile curentului fiind curbilinii in spati (miscare in spirala);

- aparitia unei suprainaltari de nivel (Δh) la malul concav, de unde existenta unei pante transversale in curba (I_r).

Existenta malurilor concave si convexe, in cadrul albiilor, dovedeste ca aceasta se deplaseaza in plan orizontal. Eroziunea malurilor concave poate depasi, uneori, 10-15 m/an, sau chiar 100 m/an (Kondratiev, Popov, 1965; Hooke, 1978). O vreme s-a crezut ca meandrele migreaza numai spre aval insa, observatiile si masuratorile de teren, precum si cercetarile pe baza de analize aerofotogrammetrice, au demonstrat ca sunt si cazuri cand migrarea lor se poate face si spre amonte sau, in mod frecvent, lateral. Identificarea directiilor de migrare se face prin masurarea unghiului azimut intre directia principala si axa de eroziune a unui meandru, definita ca ortogonala pe renie, in lungul careia eroziunea este maxima in apexul buclei (Hickin, 1975). Acest parametru este definit prin procese si nu prin morfologie. Rata de migrare a meandrelor scade cu cat amplitudinea acestora creste (Kinoshita, 1961).

In stadiul unei evolutii avansate, meandrele pot ajunge la fenomene de autocaptare sau strapungere naturala care reprezinta un fenomen de ajustare a pantei si scurtarii raurilor. De cele mai multe ori autocaptarea se realizeaza in timpul revarsarilor. Dintre efectele favorabile se pot mentiona: reducerea lungimii raului, scurtarea latimii fasiei inundabile, reducerea timpului de navigatie, a razei curburii buclelor ramase care duce la micsorarea albiei ce trebuie stabilizata etc. Dintre dezavantaje sunt amintite: cresterea pantei si vitezei care, la randu-le, determina o accelerare a eroziunii patului, ceea ce se rasfrange asupra stabilitatii intregului sistem de exploatare.

Reteaua hidrometrica

Hidrometria este ramura hidrologie care se ocupa cu descrierea aparatelor si instalatiilor hidrometrice, cu tehnicile si metodele de masurare si analiza a caracteristicilor fizice si chimice ale apei si cu prelucrarea datelor obtinute.

Pentru obtinerea datelor cu privire la fenomenele hidrologice din cadrul unui bazin hidrografic este nevoie, ca in anumite puncte geografice, sa se infiinteze servicii speciale de masurare a nivelurilor, debitelor, vitezelor etc. In functie de importanta lor acestea se numesc statii hidrometrice, posturi hidrometrice etc. Totalitatea acestor servicii constituie o retea hidrometrica care, la randu-i, inglobeaza doua retele componente: una cu functionalitate de lunga durata (reteaua hidrometrica de baza); alta cu durata de functionare relativ scurta (reteaua hidrometrica auxiliara).

Hidrometria este disciplina care asigura informatiile culese in timp si spatiu, asupra regimului de variatie a resurselor de apa. In acest caz hidrometria poate sa aiba o imagine asupra ecartului de variatie a fenemenelor hidrologice studiate, sa determine o serie de parametri din formule empirice si modele hidrologice, sa formeze siruri statistice si sa realizeze operatii de prognoza hidrologica.

Reteaua hidrometrica de baza trebuie sa furnizeze date continui pe cel putin 20-25 ani. Statiile sau posturile hidrometrice trebuie amplasate in locurile care sa asigure caracterul natural al variabilei studiate. In aceste conditii trebuie sa se evite influentele provenite din:

- vecinatatea imediata a constructiilor hidrotehnice de genul lacurilor de acumulare, prizelor de apa etc., dar si a podurilor cu debusee reduse;

- instabilitatea in plan orizontal si vertical a albiei;

- lipsa de sensibilitate hidrologica (variatiile mari ale nivelurilor in profil transversal care conduc la variatii mici de debite);

- accesul dificil de la cea mai apropiata artera de circulatie.

Repartizarea statiilor hidrometrice si inclusiv a posturilor, in cadrul retelei, trebuie sa aiba in vedere urmatoarele criterii:

- pe sectoare lungi, fara afluenti importanti, distantele intre doua puncte hidrometrice sa se aleaga astfel incat debitul mediu al cursului de apa, respectiv intre doua asemenea puncte invecinate, sa difere cu cca.20%;

- la confluente importante, fiecare curs de apa sa dispuna de cate un punct hidrometric imediat in amonte, iar pe cursul principal de apa, de un punct in aval la o distanta care sa satisfaca diferenta de 20%, mai sus mentionata, in raport cu insumarea debitelor de la confluenta.

Reteaua hidrometrica de baza din Romania se compune din 760 puncte hidrometrice, ceea ce ar reveni un punct la 320 km². Punctele hidrometrice din reteaua auxiliara completeaza, temporar, reteua de baza cu scopul obtinerii informatiilor suplimentare. Fiecare punct de masurare este identificat prin numele raului si localitatea cea mai apropiata sau locul amplasarii postului (ex: Moldovita la Dragosa si Lungulet, Dambovita la Contesti etc.).

Nivelul raurilor

Prin nivelul apei raurilor se intelege cota oricarui punct situat pe suprafata libera a apei, la un moment dat. Planul orizontal de referinta poate fi considerat nivelul marii sau un plan relativ. Planul fix este socotit ca fiind orizontala care intersecteaza partea inferioara a mirei. Limita inferioara are valoarea zero si poarta numele de planul "0" al mirei. Nivelul apei din punctele retelei hidrometrice, este dat de cota suprafetei libere din profilul transversal, adica de marimea verticalei in momentul masurarii.

In acest caz nu trebuie sa se confunde termenii de nivel si adancime deoarece sunt notiuni diferite. Adancimea se raporteaza la configuratia albiei astfel incat pentru acelasi nivel, in profil transversal, se obtin valori variabile pentru adancimi. Deoarece cotele nivelurilor se pot schimba cu timpul datorita proceselor de eroziune sau acumulare din albia minora, se recomanda ca nivelurile apelor citite pe mira sa fie corelate cu "0" al graficului. Acesta din urma se stabileste pentru fiecare post hidrometric, la infiintarea lui si trebuie sa ramana neschimbat pe tot parcursul perioadei de activitate. Cota "zero a graficului" se fixeaza, de regula, cu 0,5m mai jos decat nivelul cel mai scazut al apelor. La albiile de rau, care sunt supuse unei intense eroziuni, "zero al graficului" se stabileste cu 1-2m sub punctul cel mai adanc al albiei minore. La raurile de campie, unde predomina acumularea, "zero al graficului" se poate lua pe linia talvegului sau mai jos.

Pentru transporturile fluviale, citirea nivelurilor se face prin intrebuintarea unui "0" al navigatiei, care reprezinta nivelul minim de navigatie pe rau.

Constructii pentru masurarea nivelurilor

Pentru masurarea nivelurilor se utilizeaza mira hidrometrica. Aceasta este o rigla care indica nivelul suprafetei apei unui rau, lac, canal, balta etc.

Pentru a instala mira hidrometrica este necesar ca sectorul de rau sa fie rectiliniu pe cel putin 100m, sa nu prezinte rupturi de panta, malurile sa fie consolidate si albia sa fie stabila in timpul viiturilor. Mira trebuie sa fie perfect verticala si fixata pe culeea unui pod, pe unul sau mai multi piloti din albie etc.

In functie de particularitatile locale ale raului si de scopul urmarit, se folosesc mai multe tipuri de mire.

Mira hidrometrica este formata din mai multe placi de aluminiu, cu lungimi de 0,5-1m fiecare, divizate din 2 in 2 cm, in asa fel incat fiecare decimetru sa formeze in alternanta litera E. Placile se amplaseaza in pozitie verticala, pe unul sau mai multi piloti, in functie de configuratia albiei. Pilotii amplasati trebuie sa aiba o stabilitate maxima, pentru a nu fi dislocati in timpul viiturilor si sa permita citirea nivelurilor pe intregul ecart de variatie multianuala.

Partea inferioara a mirei este fixata, cu punctul "0 mira" in sectorul cel mai jos al fundului de albie deoarece trebuie citite si cele mai coborate niveluri posibile.

Tinand cont de configuratia albiei, mirele fixe trebuie instalate pe un singur sau pe mai multi piloti in cazul in care malul prezinta o panta redusa. Se impun precautii la instalare, fiind necesare nivela sau teodolitul, pentru ca mirele de pe pilotii succesivi sa fie aliniate in asa fel incat sa nu se suprapuna sau sa nu ramana distante intre capetele lor. Pe pilotul situat la cota cea mai joasa, mira se introduce in pamant cu 30-50 cm fata de cel mai coborat nivel, iar pe primul pilot, situat la cota cea mai ridicata, mira trebuie sa se termine cu cca.50 cm mai sus fata de cel mai ridicat nivel inregistrat in perioada observatiilor.

Cand nu se dispune de placi de mira, se pot instala, pe piloti, repere cu cote bine determinate, in raport cu care se pot face citirile cu mire portabile (Diaconu et al., 1997; Zavoianu, 1999).

Dupa modul de asezare, in raport cu inclinarea malului, mirele pot fi:

- verticale, cu piloti si placi in pozitie verticala;

- inclinate, cu valori ale inclinarilor de 35⁰, 45⁰ sau 60⁰ in functie de inclinarea malurilor.

1.Mirele verticale in raport cu modul lor de instalare pot fi:

Mire hidrometrice instalate pe o constructie hidrotehnica deja existenta, de genul pilei sau pe culeea unui pod. Placile sunt montate in acelasi loc pentru intregul ecart de variatie a nivelurilor. In cazuri extreme aceste mire se pot completa cu unu sau doi piloti de mira la partea inferioara a albiei minore sau in albie.

Mire hidrometrice pe piloti izolati dispune de un singur pilot instalat la malul cursului de apa.

Mire pe piloti in scara, alcatuite din unu sau mai multi piloti metalici sau din lemn, implantati in scara pe malul inclinat, cu mire montate la nivelment pentru a putea realiza o continuitate a citirilor.

Numerotarea pilotilor se face incepand de la mal spre axul raului.

Mire pe zidarie, instalate in cazul in care malul raului este protejat de un zid de beton sau piatra.

2.Mirele inclinate

Sunt folosite in cazul ecarturilor mari de variatie care se manifesta, cu precadere, in lacurile de acumulare sau chiar naturale. De regula, sunt instalate pe locurile stancoase, pe malurile betonate ori inclinate (canale) ori pe malurile de rau amenajate si protejate de pereuri stabile.

Pentru mirele instalate se fixeaza o serie de planuri caracateristice, cu cote bine precizate. La partea inferioara a mirelor se deosebesc:

-planul "0" al mirei trece prin cota "0" a mirei si pentru care se determina pozitia altimetrica precisa;

-planul "0" al graficului este imaginar si se fixeaza cu pana la 1m mai jos fata de "0" al mirei si la care se raporteaza toate citirile nivelurilor care se efectueaza la mira. Este o masura de prevedere deoarece, in viata unei mire, survin accidente, de genul ruperii si reinstalarea la aceeasi cota este foarte greoaie, albia se poate adanci si nivelul "0" al mirei sa ramana suspendat. La reinstalarea mirei, in astfel de situatii, se determina numai diferenta ΔH intre "0" mira si "0" grafic, iar corectarea nivelurilor se face cu noua valoare, fara a fi afectate valorile pe termen lung.

La partea superioara, mira se marcheaza cu vopsea, printr-o linie orizontala, cu urmatoarele indicative:

-cota de atentie (CA), cu linie albastra; semnifica preavizarea unei viituri mari cu pericolul producerii inundatiilor;

-cota de inundatie (CI), cu linie rosie; mai sus cu 0,5m arata cota la care, practic, incepe procesul inundarii albiei majore, a unui teren sau a unui obiectiv protejat;

-cota de pericol (CP), cu linie galbena; de regula, cu 0,5m mai sus ca cea anterioara, avertizeaza asupra actiunilor de evacuare a unitatilor industriale, case sau grajduri de vite, pentru a se evita pierderile de vieti omenesti sau de bunuri materiale (Savin, 1996; Diaconu et al., 1997; Zavoianu, 1999).

Limnigraful reprezinta instrumentul care inregistreaza grafic toate variatiile verticale ale suprafetei apei din cadrul unui rau sau lac.

Limnigraful se monteaza intr-o cabina metalica asezata deasupra unui tub sau put sapat in malul raului si pus in legatura cu apa acestuia printr-un canal sau tub de legatura.

Dupa instalarea mirelor hidrometrice se efectueaza citirea nivelurilor, zilnic la orele 07 si 17 pentru orarul de iarna si 06 si 18 pentru cel de vara. Cand sunt cresteri sau scaderi bruste ale nivelului apei, citirile se pot face si la intervale mai mici de timp. Citirile din timpul unei viituri, inregistrate din 10 in 10 cm, sunt notate in carnet. Pentru citirea corecta a nivelului se impun urmatoarele conditii:

- mira sa fie in contact direct cu suprafata apei din rau (in cazul in care mira este izolata de depunerile maloase, nivelul de la mira nu este in corcordanta cu cel din rau si, in acest caz, se executa un sant care sa repuna mira in legatura cu albia principala);

- in conditiile existentei unui pod de gheata nu se citeste nivelul aratat de suprafata ghetii, ci aceasta se sparge in dreptul mirei pentru a se putea citi nivelul efectiv al apei;

- citirea trebuie facuta de la o distanta mica.

Pentru mirele cu placi, nivelul citit se rotinjeste la centimetru, in carnet trecandu-se valoare din urma. La mirele portabile, aceasta se aseaza in pozitie verticala pe capul pilotului plasat sub apa dupa care se citeste nivelul; in acest caz, valoarea citita pe mira se aduna la cota pilotului si se obtine nivelul real. Cand capatul pilotului nu se afla sub apa, se masoara distanta intre capul acestuia si suprafata apei si valoarea se scade din cota pilotului pentru a se obtine nivelul real. Din doua sau mai multe citiri ale nivelurilor se calculeaza nivelul mediu zilnic al punctului ales.

In conditiile existentei unui acces greoi la punctul de masurare se folosesc aparate de masurat care transmit valoarea nivelului la distanta (pana la 5 km). Instrumentarul respectiv este prevazut cu o sursa de curent electric (pana la 60 V) si se bazeaza, fie pe principiul variatiei rezistentei curentului electric (variatia nivelului modifica intensitatea curentului electric), fie pe emiterea de impulsuri electrice (se emit 5-15 impulsuri pe secunda).

Hidrogradul

Este egal cu a zecea parte din diferenta nivelului minim si maxim inregistrat in locul masuratorii. Valorea lui se exprima in centimetri.

Nivelul maxim (H_max) al apelor reprezinta nivelul cu cea mai mare valoare inregistrata la postul hidrografic respectiv, pe toata perioada de observatie.

Nivelul minim (H_min) este nivelul cu cea mai mica valoare inregistrat la postul hidrografic respectiv, pe toata perioada de observatii.

Nivelul apei la zi (H_zi) reprezinta nivelul sau cota raului, transmisa in ziua respectiva prin radiou, telefon sau alte mijloace.

Valoarea hidrogradului (H_gr) se determina cu ajutorul formulei:

Pentru a determina numarul hidrogradelor (Nr.H_gr) la fiecare post hidrometric se efectueaza un raport intre diferenta apei la zi (H_zi), nivelul minim (H_min) si valoarea unui hidrograd (H_gr):

Dupa obtinerea numarului de hidrograde pentru toate posturile hidrometrice de pe cursul unui rau se intocmeste harta cu hidrograde. Numarul de hidrograde se carteaza, pe fiecare sector de rau, prin intermediul metodelor cartogramelor sau metoda graficelor circulare.

Pe baza hidrogradelor se poate face si o anumita apreciere a nivelurilor: intre 1-3 hidrograde sunt ape mici si medii; intre 4-7 hidrograde sunt ape mari; intre 8-10 hidrograde sunt ape de inundatie.

Tipurile de niveluri

Nivelurile medii zilnice rezulta din mediile aritmetice a nivelurilor citite pe mire sau pe limnigrafe in ziua respectiva. Rezulta din media valorilor citite la orele 07 si 17.

Nivelurile caracteristice lunare si anuale reprezinta media aritmetica a nivelurilor zilnice dintr-o luna.

Nivelurile maxime si minime lunare se extrag din valorile instantanee ale unei luni si nu din sirul de valori medii zilnice.

Nivelul mediu anual rezulta din media aritmetica a celor 12 valori medii lunare.

Nivelul maxim si nivelul minim anual se alege din valorile cele mai mari sau cele mai mici ale nivelului din cursul unui an.

Pe "anuarele hidrologice" nivelurile medii zilnice sunt raportate la "0" al mirei sau la "0" al graficului.

Pentru intocmirea diagramei cu oscilatiile de nivel zilnice trebuie extrase din anuarul hidrologic datele referitoare la postul si raul in cauza, dupa care se trec intr-un tabel. Pe baza acestor date se construieste hidrograful nivelurilor zilnice: pe abcisa se trec zilele si lunile din cursul unui an, iar pe ordonata, in functie de valorile minime si maxime ale nivelului, se stabileste scara intervalelor de nivel.

O caracterizare corecta asupra evolutiei regimului de curgere a apelor este data de graficul de frecventa si durata a nivelurilor. Se stabileste un raport intre nivelurile maxime si minime din cursul unui an sau a unui sir de ani, precum si un numar de intervale cu cota nivelurilor in cm. Cu cat cotele intervalurilor de niveluri sunt mai mici, cu atat aprecierea asupra regimului apelor este mai judicioasa. Pentru intocmirea graficului de frecventa si durata a nivelurilor se foloseste un sistem de coordonate rectangulare: pe abcisa se trece numarul de zile dintr-un an, iar pe ordonata intervalul de niveluri.

Debitul raurilor

Debitul lichid

Prin debitul de apa al unui rau (Q) se intelege cantitatea de apa care se scurge prin sectiunea activa in decursul unei unitati de timp. El se exprima in l sau m³ si este asociat cu unitatile de timp s, min., ora, zi etc. Uzual se folosesc m³/s sau l/s.

Debitul mediu specific (debitul pe unitate de suprafata) (q) se exprima in l/s/km² sau m³/s/km² si este raportul dintre debitul de apa (Q) si suprafata bazinului hidrografic (F sau S_b):

Prin raportarea debitului scurs (Q) intr-un interval de timp dat (T) (zi, luna, an) la suprafata bazinului (F sau S_b) se obtine inaltimea stratului de apa scurs (h_mm) de pe un areal dat:

Metode de determinare a debitului lichid

Debitul se poate calcula atat prin metode directe, cat si indirecte. Printre cele mai utilizate metode de determinare a debitului sunt: morisca hidrometrica (metoda analitica, metoda grafoanalitica etc.), flotorii de suprafata, metoda volumetrica, deversorii hidrometrici (deversori dreptunghiulari, deversori triunghiulari), metoda chimica, cheia limnimetrica (corelatia dintre niveluri si debite). In fiecare caz se porneste de la formula generala conform careia debitul (Q) reprezinta produsul dintre sectiunea de curgere (ω) si viteza apei (V):

Q = ωV.

In functie de numarul verticalelor de viteza utilizate si numarul punctelor de masurare a vitezei pe fiecare verticala, masuratorile pot fi:

- complete, cand vitezele sunt masurate in toate punctele standard de pe verticalele vitezelor din cadrul profilului;

- masuratori la 0,6h, cand in fiecare verticala se masoara viteza numai la 0,6 din adancimea fiecarei verticale;

- masuratori la suprafata, cand in fiecare verticala se masoara viteza doar la suprafata;

- integrala, cand viteza medie a fiecarei verticale se determina prin metoda integrarii vitezelor.

Cele mai importante debite intalnite pe un curs de apa sunt:

Debitul maxim maximorum (Q_max.max) reprezinta debitul cel mai mare inregistrat pana in prezent. Poate avea si caracter catastrofal (Q_cat).

Debitul extraordinar (Q_max.ex) reprezinta debitul cel mai mare inregistrat intr-o perioada de 30 ani consecutivi.

Debitul maxim anual (Q_max.an) este debitul cel mai mare inregistrat in timp de un an si are o durata de o zi in cadrul acelui an.

Debitul mediu anual (Q_med.an) este un rezultat obtinut prin media aritmetica a debitelor zilnice dintr-un an.

Debitul normal sau debitul modul (Q₀) reprezinta media aritmetica a debitelor anuale pe un sir indelungat de ani.

Debitul mediu (Q_med.vara; Q_med.decada etc.) este debitul care se stabileste pentru o anumita perioada de timp (decada, luna, anotimp).

Debitul de etiaj (Q_etj) exprima situatia debitului minim minimorum a carui valoare este mai mica decat media debitului minim. Acest debit este considerat ca fiind debitul cu durata de 355 zile si numai 10 zile din an ar putea sa produca un debit mai mic decat Q_etj. Debitele specifice cu cantitatea de apa mai mica de 1 l/s/km² sunt considerate debite de etiaj.

Debitul minim anual (Q_min.an) reprezinta debitul cu cea mai mica valoare dintr-o zi a unui an.

Debitul minim minimorum (Q_min.min) este debitul cu cea mai mica valoare, produs pana in prezent.

Debitul specific reprezinta debitul de apa scurs pe versanti, care poate fi raportat la suprafata bazinului hidrografic de pe care se colecteaza. Se calculeaza conform relatiei:

Cand debitul (Q) curge continuu pe intervalul de timp (T), volumul (QT) poate fi echivalent si cu inaltimea (h) unui strat de apa uniform repartizat pe intreaga suprafata a bazinului hidrografic. Se obtine prin relatia:

Constanta debitului unui rau (coeficientul de torentialitate) reprezinta raportul dintre debitul maxim si cel minim inregistrat ( pentru Barlad, pentru Somesul Mic, pentru Dunare etc.).

Debitul mediu total al raurilor din Romania este estimat la valoarea de 1150 m³/s, din care 443 m³/s apartin bazinului Tisei, 702 m³/s bazinului Dunarii si doar 5 m³/s bazinului Marii Negre. Din regiunea montana, de la altitudini mai mari de 500m, provin cca.84% (955 m³/s) din scurgerea totala, restul apartinand regiunilor de ses (6,9%) si de dealuri (Podisul Transilvaniei cca.70 m³/s, Podisul Moldovei si Podisul Sucevei cca.30 m³/s, Campia Romana si Piemonturile Sudice cca.55 m³/s, Campia de Vest si Piemonturile Vestice 30 m³/s) (Ujvari, 1972).

Pentru a se asigura un echilibru intre perioadele cu excedent de umiditate si cele cu deficit, este necesar sa se realizeze o regularizare a debitelor, adica o compensare a acestora. Cea mai rapida si eficienta masura o reprezinta constructia de lacuri de acumulare (lacurile de pe raul Olt, L.Vidraru de pe Arges, L.Stramtorii de pe Firiza, L.Tarnita si L.Fantanele de pe Somes, L.Izvorul Muntelui pe Bistrita, L.Vidra pe Lotru etc.).

Tabel 4 Debitele principalelor fluvii si rauri de pe Terra

Debitul solid (aluvionar)

Aluviunile sunt materialele de natura anorganica si organica care au greutate specifica mai mare decat a apei si sunt carate de acestea din urma dintr-un loc in altul. Debitul solid reprezinta intreaga cantitate de aluviuni transportata de apele unui rau prin sectiunea sa activa intr-o unitate de timp. Se exprima in g/s sau kg/s.

Transportul aluviunilor prin albia raurilor se efectueaza pe mai multe cai: rostogolire, tarare, suspensie si solutie. Rostogolirea se produce pe raurile de munte sau in cadrul organismelor torentiale. Transportul prin tarare este specific cursurilor mijlocii, mai cu seama la aluviunile care au o greutate specifica egala sau mai mica decata a apei. In momentul in care miscarea turbulenta devine mai activa, aluviunile fine sunt transportate in suspensie. Transportul in solutie il realizeaza apele incarcate cu clorura de natriu sau alte saruri.

Aluviunile in suspensie au cea mai mare frecventa in transportul exercitat de rauri si pot reprezenta 90-98% din totalul aluvionar. Exceptie fac doar cursurile superioare ale raurilor montane, unde ponderea cea mai mare o au aluviunile de fund. In cadrul sectiunii active a raului, repartitia aluviunilor in suspensie depinde de intensitatea miscarii turbulente, de marimea, forma si greutatea particulelor

De obicei, cantitatea de aluviuni, in sectiunea vie a unui rau, creste de la suprafata spre adancime si de la maluri spre mijlocul albiei. Pentru colectarea aluviunilor se folosesc batometrele cu umplere instantanee si batometrele cu umplere prelungita.

Pentru calculul debitului solid se folosesc datele obtinute pentru debitul lichid, precum si rezultatele probelor analizate in laborator. Turbiditatea apei se afla conform formulei:

unde:

ρ = turbiditatea unei probe (intr-un punct) (g/m³);

P = greutatea aluviunilor din punctul de colectare (g);

A = volumul probei (cm³);

10⁶ = coeficientul de transformare a metrilor cubi in milimetri cubi.

Instrumente utilizate la prelevarea probelor de aluviuni in suspensie

In vederea recoltarii probelor de aluviuni aflate in suspensie se folosesc mai multe tipuri de dispozitive cunoscute sub numele de batometre.

Batometrul cu umplere instantanee prezinta un cilindru metalic, cu capacitate cunoscuta (intre 500-5.000 cm³), prevazut la ambele capete cu cate un capac metalic ce se inchide etans. Batometrul in pozitie deschis, fixat de o tija metalica, se introduce la adancimea dorita, pe directia de curgere a apei, dupa care se scoate si se goleste in sticle sepciale sau alti recipienti cu volum cunoscut.

Sticla cu ajutaj se caracterizeaza printr-o umplere prelungita si este alcatuita dintr-un recipient cu capacitatea de 1 l, care se fixeaza pe un suport de metal si se scufunda la adancimea dorita. De regula, este o sticla de lapte inchisa cu un dop prin care trec doua tevi: una de umplere, orientata contra curentului; alta de iesire a aerului din sticla, orientata in directia curentului. Pentru a impiedica patrunderea apei in sticla in timpul scufundarii pana la locul de prelevare, orificiul de patrundere a apei se astupa cu un dop legat cu sfoara; la momentul potrivit se trage sfoara si prin urmare dopul iese din orificiu.

Dispozitivul de astupare a sticlelor poate fi constituit din patru dopuri (capete) care prezinta diametre diferite ale tevii de umplere. La viteze mari ale apelor se foloseste orificiul cel mai muc, iar la viteze mici, cel mai mare. La viteze si adancimi mari, batometrul se introduce, la fiecare punct de masurare, cu ajutorul unui cablu lestat. Pentru raurile mici se poate folosi si o sticla cu capacitatea de 1 l.

Sistemul de umplere lenta reprezinta mai exact situatia pulsatiilor pe care le are curentul de apa in perioada umplerii. Este recomandabil ca masuratorile sa se execute in profilul de la mira pentru ca rezultatele sa fie corelate cu cele ale debitelor lichide.

Tipuri de masuratori pentru aluviunile in suspensie

In functie de posibilitati si de interesul avut se pot face mai multe tipuri de masuratori ale debitului solid in suspensie.

Masuratori complete se fac, de regula, in timpul masuratorilor de debit lichid. Se recolteaza probe de apa din toate punctele in care s-a determinat viteza, sau in verticalele caracteristice care indeplinesc conditiile:

- sa fie amplasate in zonele cu turbiditate mare fata de restul verticalelor;

- sa fie in sectoarele profilului transversal cu neregularitati pronuntate.

Masuratori simplificate de aluviuni se efectueaza in perioada viiturilor si a apelor mari, cand nu exista timpul necesar pentru efectuarea masuratorilor complete. Masuratorile se efectueaza la 0,6h sau la suprafata, in functie de modul cum s-au determinat vietezele din timpul viiturilor.

Masuratori simple constau in recoltarea probelor numai din verticalele stabilite (una sau doua) pentru acest tip de masuratori.

Cand se efectueaza masuratorile "complete" se preleveaza probe si din verticalele fixate pentru probele "simple".

Masuratori de control sunt asa-zisele masuratori "complete" (doua sau trei) care se executa la fiecare statie, in decursul unui an. Se acorda o atentie deosebita viiturilor.

Masuratoarea integrata consta din coborarea lenta si cu viteza uniforma a batometrului cu umplere inceata, pe tot traseul verticalei. Proba are valoarea turbiditatii medii pe verticala.

Apa medie tip este asemanatoare ca procedeu cu masuratoarea completa (Carbonnel citat de Zavoianu, 1999). Se preleveaza probe din toate punctele de masurare a vitezei, numai ca acestea, in final, se varsa intr-un vas mai mare unde se amesteca bine toate probele. Din intreaga cantitate bine omogenizata se ia o singura proba, care este reprezentativa pentru intreaga sectiune. Rezultatul reprezinta turbiditatea medie pe sectiune si cu ajutorul ei se poate calcula, in functie de debitul de apa, si cantitatea de aluviuni transportata de cursul de apa.

Probele recoltate se pun la filtrat in vederea retinerii aluviunilor. Greutatea filtrelor a fost determinata dupa o prealabila uscare in etuva la 105⁰C. Greutatea va fi inscriptionata pe filtrul gol si pe plicul in care se va varsa. Pe plic se trec si numele raului, statiei hidrometrice, data la care s-a prelevat proba, cota mirei si punctul de prelevare. Proba lichida se trece prin filtru asezat intr-o palnie deasupra unui vas in care curge apa filtrata. Pe hartia de filtru vor ramane particulele solide. Filtrul cu aluviuni se usuca si se introduce in plic. In laborator, filtrele se usuca din nou la 105⁰C pentru indepartarea apei din sedimente si se vor cantari pentru determinarea greutatii filtrului plin. Rezultatele se trec pe plic, pe filtru si intr-un registru. Ca urmare a diferentei dintre cele doua valori se determina cantitatea de aluviuni in suspensie. Prin urmare turbiditatea (ń) este cantitatea materialului solid (P) existenta intr-un litru de apa recoltat (V):

Viiturile

Reprezinta cresterile bruste si de scurta durata a nivelurilor si implicit a debitelor raurilor, in general deasupra valorilor obisnuite, ca urmare a curgerii superficiale rezultata din ploi, din topirea zapezilor sau ca urmare a unor accidente (ruperea unor baraje naturale sau antropice, supraalimentarea etc.). Cea mai importanta caracteristica a unei viituri este inaltimea apei in albie, care se poate ridica la valori foarte mari pentru unele fluvii: Parana 40m la Guaira, Garonne 12m la Agen, Tarnava Mare 4m la Medias, Dunarea 5m la Patlageanca etc.

Pentru cunoasterea exacta a unei viituri sunt necesare o serie de valori cantitative asupra debitelor si volumelor de apa scurse pe albie. Aparitia unei cresteri rapide si mari a debitelor, in raport cu situatia normala dintr-un rau, este rezultanta interactiunilor dintre conditiile de alimentare si cele de curgere. Dupa forma hidrografului si conditiile de formare, se pot deosebi doua tipuri de viituri: simple si compuse.

-Viiturile simple au hidrograful reprezentat printr-un singur varf. Sunt clar evidentiate perioadele de crestere si de descrestere. Au o frecventa mare in climatele cu precipitatii preponderent sub forma de ploaie. In acest caz se disting (Guilcher, 1965):

Viituri mediteraneene specifice Muntilor Cevennes, sudului Frantei, sudului Italiei, insulelor Sicilia si Sardinia etc. Sunt caracteristice regiunilor unde intensitatea precipitatiilor poate ajunge pana la 1000 mm/24h. In America de Nord sunt specifice raului Sacramento.

Viiturile oceanice se ivesc, cu precadere, in timpul iernii pentru raurile din Franta (bazinul Senei), din Marea Britanie, dar si pentru unele rauri din centrul si estul S.U.A.

Viiturile de vara sunt specifice zonei temperate, mai ales Europei Centrale (inclusiv Romania), S.U.A. (statele Texas, Kansas, Oklahoma).

Viiturile tropicale apar in regiunile bantuite de cicloni sau tornade.

O cauza determinanta in formarea viiturilor o reprezinta topirea zapezilor care, in Romania, se produce primavara (primele manifestari apar in lunile februarie-martie). Daca pe rauri, mai ales in dreptul meandrelor, exista zapoare, viitura poate fi mult mai intensa. Se mai pot produce si ca urmare a cedarii unor baraje naturale sau antropice.

Viiturile din primavara anului 1970, de pe teritoriul Romaniei, au cuprins, in general, nordul Transilvaniei si Maramuresul, cu localizare deosebita in bazinele Muresului si Somesului. Geneza acestor viituri este legata de caderea unor mari cantitati de precipitatii in zilele de 11,12,13 mai, pe un sol deja saturat cu apa. Curba de crestere sau de concentrare a apelor pe raurile mici, s-a produs in cateva ore. Pe Somes si Mures curba a evoluat in doua-trei zile.

-Viiturile compuse sunt provocate de ploi succesive, de topirea zapezilor sau de suprapunerea acestora. Hodrograful prezinta mai multe varfuri deoarece a doua sau a treia viitura apare inainte de a se termina prima, in timp ce nivelurile acesteia erau in scadere.

Sunt specifice raruilor mari si ramificate, cu mai multi afluenti principali, sau care trec prin mai multe unitati de relief ori prin regiuni climatice diferite. Hidrograful se prezinta sub forma unor dinti de fierastrau cu doua sau mai multe cresteri (Zavoianu, 1988). In Romania sunt frecvente in perioada apelor mari si a viiturilor de primavara. Sunt caracteristice raurilor cu bazine afectate de averse repetate la intervale scurte, sau pe raul principal cand viiturile afluentilor nu ajung la colectorul central in acelasi timp.

Prevenirea viiturilor este o actiune complexa si de mare importanta. Trebuie sa aiba in vedere un ansamblu de masuri care incep de la versant (locul de formare a scurgerii superficiale) pana la albie (in profil longitudinal).

Sursele de alimentare ale raurilor

Alimentarea raurilor este influentata, in primul rand, de conditiile climatice existente in cadrul bazinului hidrografic. La scara planetara sunt foarte importante zonele climatice prin care trece fluviul, iar la scara locala sunt luate in calcul treptele altitudinale prin care se desfasoara cursul de apa. In functie de aceste caracteristici alimentarea poate fi nivala, pluvio-nivala, pluviala, subterana sau combinatii ale acestora.

Alimentarea raurilor din ploi

Acest tip de alimentare este specific zonelor calde, mai ales climatelor ecuatoriale si subecuatoriale, unde raurile au o alimentare bogata, asigurata din scurgerea superficiala provenita din ploile abundente si cu caracter regulat: Amazon, Zair, Ogooué etc. Sursele pluviale predomina si in cadrul regiunilor tropicale, numai ca de data aceasta ele participa cu o cantitate de apa foarte mica. Cea mai mare cantitate de apa cade in perioada de manifestare a alizeelor si numai in preajma tarmurilor. Pentru zonele temperate, ploile sunt specifice anotimpului cald, in restul timpului alimentarea se face prin topirea zapezilor: modul de alimentare al raurilor este pluvio-nival (Sena, Tamisa, Loire etc.) sau nivo-pluvial (Volga, Nipru, Dvina de Vest, Don etc.).

Alimentarea raurilor din topirea zapezilor

Raurile din aceasta categorie au o alimentare nivala sau nivo-pluviala, dar numai in sezonul cald, cand se topesc zapezile si cresc debitele: Dunarea, Mackenzie, Ottawa, Lena, Enisei, Obi, Kolima, Indighirca, Ili etc.

Alimentarea raurilor din topirea zapezilor permanente si a ghetarilor

Este specifica zonelor climatice temperate si reci, precum si sectoarelor montane inalte. Topirea zapezilor permanente si ghetarilor are loc sub limita de 5000m in dreptul Ecuatorului, 3000m la latitudini medii si <1000m in jurul cercurilor polare.

Alimentarea nivo-glaciara este specifica raurilor alpine (Mindel, Inn, Günz, Würm, Isar etc), din Asia Centrala (Amu Daria, Sir Daria) si Muntii Caucaz (Terek, Kuban etc.).

In Romania, topirea zapezilor determina aparitia apelor mari de primavara, faza deosebit de importanta pentru regimul majoritatii raurilor. Apele mari rezultate din topirea zapezilor sunt asociate adesea cu viiturile provenite din ploile care cad, de regula, la sfarsitul primaverii si inceputul verii.

Alimentarea pluviala este specifica lunilor mai-iunie, cand in regiunile joase se produc viiturile de la inceputul verii, iar in munti apar apele mari pluvio-nivale de vara. Apele cele mai mici se produc in perioadele de iarna si vara-toamna, cand deficitul este completat, intr-o oarecare masura, de apele subterane.

In Romania, sursele de alimentare superficiala reprezinta 60-80% din scurgerea totala fluviala. La altitudini mari, in zona alpina, cca.50-75% din precipitatiile anuale revin zapezilor. In acest caz, pe teritoriul Romaniei, domina, in general, tipul de alimentare superficiala pluvio-nivala (alimentarea din zapezi 40-50% intre altitudinea de 300-1600m) si nivo-pluviala (alimentarea din zapezi 50-60%) sau nival moderata (alimentare din zapezi 60-80%). Unde se resimte regimul podolic al precipitatiilor apare si tipul pluvial moderat (alimentare din zapezi 30-40%): Podisul Barladului, versantii estici ai Carpatilor Orientali, zonele premontane sudice si nordice ale Carpatilor Meridionali.

Alimentarea subterana a raurilor

Apele freatice constituie cele mai importante surse de alimentare cu apa a raurilor, mai ales in perioadele cu umiditate deficitara. La seceta prelungita, singura sursa de apa, care alimenteaza doar talvegul, este reprezentata de apa subterana cu caracter freatic. Apele subterane de adancime detin o cantitate ridicata de apa, ceea ce face ca alimentarea raurilor sa se faca, cu un debit constant, intregul an. Alimentarea raurilor pe cale subterana se face in limitele valorilor de 30-35%.

Pe teritoriul Romaniei, alimentarea subtarana participa la scurgerea medie anuala cu cca.30%. Este mai redusa in regiunile afectate de seceta (campie), unde, deseori, devine saraca (<15%) si in Piemontul Getic (in cazul paraielor autohtone cu caracter intermitent ca urmare a infiltratiilor puternice).

Pentru Baragan alimentarea subterana este singura sursa de alimentare. In teritoriile semiendoreice scurgerea superficiala lipseste. Peste 35% din scurgerea medie anuala este asigurata in depresiunile intramontane (Fagaras, Ciuc, Brasov, Petrosani, Dorna etc.) si zona de efilare a apelor fretice de la periferia piemonturilor. Scurgerea subterana bogata este specifica regiunilor carstice: Muntii Padurea Craiului, Platoul Padis, Podisul Mehedinti, Muntii Valcanului, Dobrogea de Sud etc. (regimul acestor surse este variabil deoarece nu poarta amprenta regularizarii scurgerii prin mediul poros).

Clima si regimul curgerii

Pentru evidentierea raportului dintre regimul scurgerii raurilor si conditiile climatice dintr-o anumita regiune geografica sau duntr-un anotimp, cel mai semnificativ indicator este reprezentat de indicele de ariditate Martonne. Exemple concludente sunt Nilul si Volga care, pe parcurs, isi pierd o parte din afluenti si totodata o anumita cantitate din debit. Pe parcursul unui an se pot constata variatii ale cantitatii de apa si ale modului de manifestare.

Pe baza surselor de alimentare si a distributiei volumului de apa pe parcursul anului s-au identificat 12 tipuri principale de alimentare a raurilor (Lvovici, 1945):

Tipul amazonian (Amazon) cunoaste o alimentare exclusiva din ploi, datorita zonei climatice in care se afla. Prezinta un volum mare de apa pe tot parcursul anului, dar cu evidentierea unui maxim in lunile mai-iunie. Deoarece Amazonul primeste afleunti aproximativ egali ca numar, pe dreapta si pe stanga, din cadrul climatelor subecuatoriale, intr-un anotimp receptioneaza ape bogate din sud, iar in altul, din nord. Fenomenul amintit determina existenta unui debit relativ regulat tot anul. Se remarca fluviile: Rio Negro, Nilul Albastru, Zair etc.

Tipul Nigerian (Niger) cunoaste o alimentare pluviala, cu ape mari in septembrie si mici in mai. Se remarca fluviile: Lualaba, Nil etc.

Tipul mekongian (Mekong) are alimentare pluviala, cu exceptia sectorului superior din Podisul Tibet. Prezinta ape mari in lunile august-septembrie si ape mici in aprilie. Se remarca fluviile: Madeira, Maranon, Paraguay, Parana etc.

Tipul amurean (Amur) are alimentare pluviala. Prezinta ape mari vara (determinate de musonul cu directie ocean-uscat) si mici iarna. Se remarca fluviile: Vitim, Iana etc.

Tipul mediteraneean cunoaste o alimentare exclusiv pluviala, cu ape mari iarna si mici vara. Se remarca fluviile: Agri (Italia), Fulmendosa (Sardinia), Cheliff (Algeria), Alma (Crimeea) etc.

Tipul oderean (Oder) are alimentare pluviala, cu ape mari primavara si mici la sfarsitul verii. Diferentele dintre niveluri sunt mici. Se remarca fluviile: Pad (Pô), Tisa, Ebro, Ohio etc.

Tipul volgean (Volga) cu alimentare predominant nivala, caracteristica climatului temperat-continental. Prezinta ape mari primavara-vara (aprilie-iunie) si ape mici vara si iarna. Se remarca fluviile: Don, Ural, Tobol, partial Mississippi etc.

Tipul yukonian (Yukon) are alimentare nivala, cu ape mari vara si mici iarna. Se remarca fluviile: Athabaska, Viliui, Indighirca, Kolima etc.

Tipul caucazian are alimentare de cca.50% din topirea zapezilor, cu ape mari vara si mici iarna. Se remarca fluviile: Kuban, Terek, Inn, Aar etc.

Tipul nurean (Nura) incadreaza marile sisteme fluviale din partea nordica a continentelor. Prezinta o alimentare nivala, cu ape mari vara. Se remarca fluviile: Obi, Enisei, Irtis, Lena, Athabasca, Mackenzie etc.

Tipul groenlandez are alimentare glaciara (topirea ghetarilor), cu scurgere de scurta durata in timpul verii.

Tipul loanic (Loana) prezinta alimentare subterana si scurgere uniforma pe tot parcursul anului. Se remarca fluviile: Loana (Chile), Ciu (Rusia), Casimcea etc.

Sunt foarte rare cazurile cand sistemele fluviale mari se incadreaza intr-un singur tip de regim. Spre deosebire de raurile cu orientare meridiana (Mississippi, Nil, Enisei, Lena, Obi etc.) cele care se desfasoara pe directia paralelelor au cele mai mari sanse sa fie unitare sub aspectul tipului de regim (Amazon , Niger, Amur etc.).