Cercetari Privind Gospodărirea Cantitativa A Apelor In Rauri 14.06.2019 2 [304042]

CAPITOLUL 1 STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR ÎN DOMENIU

1.1 Introducere

Atât pe plan local cât și pe plan mondial viiturile și efectele lor puternice sunt din ce în ce mai prezente și de intensitate mai mare. [anonimizat].

[anonimizat], dar și după cum bine putem observa printre cele mai mari producătoare de pagube și victime omenești. Istoria marilor inundații a constituit factorul care a schimbat modul de abordare a [anonimizat], la încercarea ființei umane de a se opune forțelor naturii prin abordări diverse ca ,, [anonimizat], și pană la final la prevenirea inundațiilor.

[anonimizat] o [anonimizat], unde conștientizarea și implicarea publicului joacă un rol esențial în evitarea pierderilor de vieți omenești și respectiv reducerea semnificativă a pagubelor.

Abordarea aceasta a deschis noi orizonturi pentru a face față provocărilor viitoare prin introducerea de concepte noi: ,, [anonimizat], [anonimizat].

1.2 Gospodărirea cantitativă a resurselor de apă

Gospodărirea cantitativă a [anonimizat], [anonimizat] a resurselor de apă.

[anonimizat] a [anonimizat] a [anonimizat].

1.2.1 Gospodărirea resurselor de apă în România

Figura 2 – Etapele gospodăririi apelor

România din punct de vedere a gospodăririi apelor are o [anonimizat]:

– 1879 ‐ Primul Serviciu de hidrometrie cu măsurarea regulată a înălțimilor apelor Dunării;

– 1924 ‐Prima lege a [anonimizat];

– 1956 ‐ Comitetul de Stat al Apelor ‐ unități bazinale pentru managementul apelor;

– 1956‐2005 ‐ a avut loc păstrarea managementului pe bazin a resurselor de apă;

– 1956‐2005 ‐ nivelul de organizare: minister ([anonimizat])

‐ 30 ani – departament de specialitate în cadrul altui minister

‐ 18 ani – 2002 ‐ Administrația Națională "Apele Romane" ‐ Agenție executivă pentru implementarea Directivei Cadru și a celorlalte Directive europene.

1.2.2 Principiile resurselor de apă privind managementul acestora.

Problemele globale cu care se confruntă omenirea la începutul mileniului trei sunt cele cu privire la lipsa apei și continua degradare a calității apei. [anonimizat]‐o măsură considerabilă de conceptul de management integrat al resurselor de apă. Apa așa cum bine se știe este un factor esențial pentru existența vieții și pentru dezvoltarea societății umane.

La recomandarea comunității internaționale, pentru buna desfășurare a managementului integrat al resurselor de apă s-au adoptat și aplicat următoarele principii:

Primul este principiul bazinal – resursele de apă se formează și se gospodăresc în bazine hidrografice. Apa dulce este o resursă vulnerabilă și limitată, indispensabilă vieții, mediului și dezvoltării societății. Gospodărirea rațională a resurselor de apă, cere o abordare globală care să îmbine probleme sociale și dezvoltarea economică, cu protecția ecosistemelor naturale. O gospodărire durabilă a resurselor de apă va integra utilizatorii de apă dintr‐un bazin hidrografic;

Al doilea este principiul gospodăririi unitare cantitate‐calitate – cele două laturi ale gospodăririi apelor fiind în strânsă legătură, apare ca necesară o abordare unitară care să conducă la soluții tehnico‐economice optime pentru ambele aspecte;

Al treilea este principiul solidarității – planificarea și dezvoltarea resurselor de apă presupune colaborarea tuturor factorilor implicați în sectorul apelor: statul, comunitățile locale, utilizatorii, gospodarii de ape și ONG‐uri;

Al patrulea principul “poluatorul plătește” – toate cheltuielile legate de o poluare produsă diverșilor utilizatori de apă și mediu este suportată de cel care a produs poluarea;

Al cincilea principiu este cel economic – beneficiarul plătește – apa are o valoare economică în toate formele ei și trebuie să fie recunoscută ca un bun economic. Eșecurile din trecut pentru recunoașterea valorii economice a apei, au condus la poluarea și la exploatarea nerațională a resurselor de apă. Gospodărirea apei ca un bun economic, reprezintă o cale importantă în realizarea unei 5 exploatări eficiente și echitabile și în conservarea și protecția resurselor de apă;

Principiul accesului la apă – în virtutea acestui principiu, este vital să recunoaștem că dreptul fundamental al ființei umane, este de a avea acces la apă curată și suficientă, la un preț adecvat.

Principiile are ca fundamentare conceptul integrat al resurselor de apă care îmbină problemele des întâlnite de utilizare a apei cu cele de protecție a ecosistemelor naturale prin integrarea la nivel bazinal a folosințelor de apă.

Odată cu aderarea României Ia Uniunea Europeană se impune un șir de acțiuni susținute și orientări ale politicii naționale de mediu, în care apa este o componentă esențială și importantă, în direcția conformării cu strategiile și politicile europene pe termen scurt, mediu și lung în domeniul gospodăririi apelor.

Odată cu aderarea României la Uniunea Europeană, locuitorii țării, trebuie să se bucure de aceleași standarde pe care le‐au atins serviciile de apă din tarile Uniunii, mai exact să dispună de o apă potabilă de o bună calitate și în cantitate suficientă, de un mediu acvatic curat și să fie ferit de riscul inundațiilor și secetelor.

Având în vedere toate acestea în Romania, gospodărirea apelor se confruntă încă cu numeroase probleme în special în domeniul asigurării unor servicii de apă care să corespundă standardelor europene.

Ca de exemplu vom menționa o serie de dificultăți:

– o primă dificultate ar fi lipsa surselor de apă de calitate pentru o parte din zonele urbane si rurale;

– o altă dificultate ar fi starea precară a infrastructurilor hidrotehnice, a sistemelor centralizate de alimentare cu apă si canalizare;

– starea necorespunzătoare privind calitatea apelor curgătoare, pe anumite sectoare, a unor lacuri, a apelor subterane freatice din numeroase hidrostructuri, din cauza poluărilor cu ape menajere și ape industriale;

– lipsa dotărilor sau dotarea insuficientă cu instalații hidroedilitare în localitățile rurale;

– mari suprafețe agricole și numeroase localități expuse riscului inundațiilor;

– efortul depus în zadar pentru atenuarea efectelor secetelor din cauza imposibilității utilizării întregii suprafețe amenajate pentru irigații;

– prezența continuă a fenomenelor de eroziune și degradare a terenurilor.

Apa fiind o sursă limitată și în multe cazuri deosebit de vulnerabilă, poate fi oricând deteriorată dacă specialiștii și respectiv oamenii nu intervin cu măsuri concrete de protecție. Având în vedere această degradare continuă, se impune necontenit o muncă asiduă de gestionare a calității sursei de apă, astfel încât să se asigure cu orice preț cunoașterea, conservarea, protecția calității și cantității acesteia. Gospodărirea apelor condiționează și este condiționată, de strategiile de dezvoltare socială și economică, atât la nivel național cât și la nivel local.

Resursele de apă sunt primordiale având în vedere politicile de dezvoltare și eficiența acestora. Conceptul integrat al resurselor de apă presupune, în contrast cu gospodărirea tradițională a resurselor de apă, o abordare integrată a acestora atât la nivel fizic și tehnic cât și la nivel de planificare și management. Nivelul de integrare este bazinul hidrografic, unitatea naturală de formare a resurselor de apă.

Aspecte privind dezvoltarea sistemului resurselor de apă sunt următoarele:

durabilitatea aspectelor fizice – se manifestă prin menținerea circuitului natural al apei și a nutrienților;

durabilitatea mediului – „toleranța zero” pentru poluarea care depășește capacitatea de autoepurare a mediului; nu există efecte pe termen lung sau efecte ireversibile asupra mediului;

durabilitatea socială – păstrarea cerințelor de apă precum și a necesității plății serviciilor de asigurare a resurselor de apă;

durabilitatea economică – susținerea economică a măsurilor care asigură un standard ridicat de viață din punct de vedere al apelor pentru toți cetățenii;

durabilitatea instituțională – menținerea capacității de a planifica, gestiona și opera sistemul resurselor de apă.

1.2.3 Managementul integrat al resurselor de apă

Sistemul resurselor naturale de apă – mod de integrare.

Sistemul resurselor naturale de apă care este reprezentat de ciclul hidrologic și componentele sale: precipitații, evaporația, scurgerea de suprafață și scurgerea subterană.

Bilanțul hidrologic și raportul dintre componentele sale, prezintă la bază o serie de legături biofizice dintre păduri, pământ și resursele de apă dintr-un bazin hidrografic, și este esențial pentru o utilizare durabilă a resurselor naturale de apă.

b) Integrarea infrastructurii de gospodărire a resurselor de apă în capitalul natural. Infrastructura de gospodărire a apelor trebuie sa fie “prietenoasă” față de mediu care să asigure atât alimentarea optimă cu apă a folosințelor și reducerea riscului producerii de pagube prin inundații cât și grija privind conservarea și creșterea biodiversității ecosistemelor acvatice.

c) Integrarea folosințelor de apă. Alimentarea cu apă a populației, industriei și agriculturii și conservarea ecosistemelor acvatice sunt abordate sectorial în mod tradițional. Majoritatea folosințelor de apă solicită resurse de apă în cantități din ce în ce mai mari și de calitate foarte bună.

Pentru găsirea soluției cu privire la resurse-cerințe de apă și protecția resurselor de apă, necesită analiza folosințelor la nivel de bazin hidrografic. Pentru un management bun al resurselor de apă este necesară implicarea tuturor părților interesate – publice și private – la toate nivelurile și la momentul potrivit.

Rezoluțiile și acțiunile în domeniul de management integrat privind resursele de apă trebuie luate, de toți cei care pot fi afectați, la gradul corespunzător cel mai adecvat (principiul subsidiarității).

d) Integrarea amonte–aval. Având în vedere folosințele din amonte ele trebuie să recunoască drepturile folosințelor din aval privitoare la utilizarea resurselor de apă de bună calitate și în cantitate suficientă. Trebuie evitată poluarea excesivă a resurselor de apă, toate acestea necesită dialog pentru a reconcilia necesitățile folosințelor din amonte și din aval.

e) Integrarea resurselor de apă în politicile de planificare. Având în vedere multiplele descrieri ale resurselor apă putem să afirmăm ca apa este unul dintre elementele fundamentale ale vieții și în același timp un factor care condiționează dezvoltarea socială și economică, fiind adesea un factor limitativ. Existând această strânsă legătură societatea și economia se vor putea dezvolta numai în măsura în care se va dezvolta și gospodărirea apelor, această condiționare marcând rolul și importanța activității în contextul dezvoltării durabile.

1.2.4 Obiective ale politicii din domeniul apelor

Rezolvarea privind standardele europene în domeniul apei, presupune atingerea principalelor obiective ale dezvoltării durabile în domeniul gospodăririi resurselor de apă după cum urmează:

– anticiparea deteriorării stării ecosistemelor acvatice, conservarea și dezvoltarea biodiversității florei și faunei acestora, a ecosistemelor terestre și a zonelor umede care au legătură cu ecosistemul acvatic;

– Obiectivul privind dezvoltarea durabilă a sistemului de gospodărire a apelor, prin protejarea pe termen lung a resurselor de apă disponibile, în vederea asigurării alimentării cu apă potabilă și a alimentării cu apă a celorlalte folosințe;

– Obiectivul privind îmbunătățirea stării mediului acvatic prin măsuri specifice de reducere progresivă a emisiilor și pierderilor de substanțe prioritare, reducerea și stoparea emisiilor de substanțe periculoase;

– Obiectivul privind reducerea progresivă a poluării apelor subterane pentru prevenirea deteriorării în continuare a calității acestora;

– Obiectivul privind prevenirea și diminuarea efectelor negative ale apelor ‐ inundații și secete;

– Obiectivul privind atingerea obiectivelor relevante din convențiile internaționale, inclusiv cele referitoare la diminuarea poluării mediului marin.

Administrația Națională "Apele Române" (având în subordine Administrațiile Bazinale de Apă) – este instituția statului care are rolul de a implementa politica națională din domeniul gospodăririi apelor în România și directivele europene din acest domeniu.

Conform cu prevederile Legii 310/2004 Administrația Națională "Apele Române" are statut de instituție publică de interes național aflându‐se sub coordonarea Ministerului Mediului și Gospodăririi Apelor, desfășurându-și activitatea pe baza de gestiune economică și autonomie financiară.

Figura 3 – Strategia națională în domeniul gospodăririi apelor

Măsurile privind atingerea obiectivelor care trebuie adoptate sunt:

a) Necesitatea satisfacerii cerințelor de apă la sursă ale populației urbane și rurale prin:

– valorificarea superioară a capacităților disponibile a surselor existente pentru acoperirea deficitelor de apă potabilă;

– amenajări de surse noi pentru satisfacerea cerințelor de apă potabilă;

– realizarea unor fronturi de captare subterane pentru alimentarea cu apă a localităților rurale;

– finalizarea lucrărilor aflate în execuție pentru asigurarea resurselor de apă.

b) Necesitatea îmbunătățirii și dezvoltării infrastructurilor sistemelor centralizate de alimentare cu apă și canalizare din aglomerările umane urbane și rurale prin:

– extinderea capacității stațiilor de tratare a apei și îmbunătățirea tehnologiilor de tratare;

– sporirea capacitații de înmagazinare a rezervoarelor de compensare;

– reabilitarea și extinderea sistemelor de distribuție a apei din municipii și orașe;

– extinderea rețelelor de canalizare din aglomerările urbane;

– realizarea de sisteme centralizate de alimentare cu apă și canalizare în zonele rurale care nu au asemenea dotări.

c) Necesitatea îmbunătățirii calității resurselor de apa prin:

‐ reabilitarea și dezvoltarea stațiilor de epurare existente;

‐ realizarea de noi stații de epurare pentru aglomerările umane cu mai mult de 2000 de locuitori echivalenți;

‐ retehnologizarea proceselor industriale;

‐ reabilitarea și extinderea stațiilor de epurare a apelor industriale.

d) Necesitatea reducerii riscului la inundații și secete prin:

‐ realizarea unor lacuri de acumulare, poldere și lucrări de îndiguire;

‐ regularizarea cursurilor de apă în corelare cu conservarea zonelor umede;

‐ amenajarea torenților, împăduriri și perdele de protecție;

‐ realizarea unor lucrări de combaterea eroziunii solului și de desecare;

‐ modernizarea sistemului informațional.

e) Folosirea potențialului apelor prin:

‐ creșterea gradului de utilizare a potențialului energetic al apelor prin amenajarea de noi centrale hidroelectrice;

‐ modernizarea căilor fluviale de transport.

f) Masuri privind Restaurarea ecologica/renaturarea râurilor prin:

‐ realizarea unor habitate necesare dezvoltării biodiversității (Coridorul Verde al Dunării Inferioare, zona Prutului Inferior etc.);

‐ asigurarea unor debite ecologice pe cursurile de apă;

‐ creșterea responsabilității civice privind ecologizarea cursurilor de apă.

1.3 Abordări privind politica apei atât în context european cât și național

La data de 23 octombrie 2000 Parlamentul European(PE) și a Consiliului European (CE), au adoptat Directiva 2000/60, de stabilire a unui cadru de politică comunitară în domeniul apei. Directiva a fost pusă în aplicare începând cu data de 22 decembrie 2000, când a fost publicată în jurnalul Oficial al Uniunii Europene.

Transpunerea directivei cadru privind apa în legislația națională s-a făcut prin legea apelor nr. 107/1996 cu modificările și completările ulterioare.

În directiva cadru 2000/60 apa este definită ca fiind un patrimoniu care trebuie tratat protejat și apărat ca atare. Tot în texul directivei se spune ca apele în cadrul comunității se află sub o presiune tot mai mare, având în vedere creșterea continuă, a cererii de apă de bună și foarte bună calitate, suficiente și din punct de vedere cantitativ.

La data de 18 decembrie 1995, Consiliu Europei, concluzionează că este necesar printre altele și elaborarea unei noi directive-cadru a principiilor de bază ale unei politici durabile a apei la nivelul Uniunii Europene invitând comisia să prezinte o propunere.

În anul 1996 pe data de 21 februarie comisia a adoptat o comunicare ca avea ca destinație Parlamentul European și Consiliului, cu privire la ,,politica comunitară în domeniul resurselor de apă” unde se stabilesc principiile unei politici comunitare a apei.

Printr-o comunicare destinată Parlamentului European și Consiliului, comisia face precizări cu privire la utilizarea rațională și conservarea zonelor umede, recunoscând funcțiile importante pe care acestea le exercită aspra protecției resurselor de apă.

1.3.1 Obiectivele directivei cadru privind apa

Figura 4 – Obiectivele directivei cadru apă

1.3.2 Elemente revoluționare ale directivei cadru

gospodărirea apelor în Europa se va realiza la nivel bazinal ;

gospodărire integrata apa de suprafață-ape subterane-zone umede si alte tipuri de ecosistemele dependente de ecosistemele acvatice;

stabilirea obiectivului comun de “stare buna”, ce trebuie atins după implementarea masurilor cuprinse în planul de gospodărire a apelor;

caracterizarea stării apelor în 5 categorii de calitate funcție de elementele biologice, având in vedere ca aceste elemente integrează și reflectă sinergic toate tipurile de impact și condițiile de mediu pe o perioada mai lunga de timp. Elementele fizica-chimice, hidrologice si morfologice sunt elemente ajutătoare pentru caracterizarea stării apelor;

definirea stării de referință pentru apele de suprafață;

definirea categoriei de “corpuri de apa puternic modificate “si “corpuri de apa artificiale”;

recuperarea costurilor pentru serviciile de apa;

participarea publicului la elaborarea Planului de Management al Apelor;

Odată cu punere în aplicare a Directivei Cadru privind Apa (2000/60/CE), politica europeană privind resursele de apă au cunoscut un proces de restructurare. Directiva-cadru privind apa stabilește un cadru pentru protecția apelor de suprafață interioare, a apelor de tranziție, a apelor de coastă și a apelor subterane, pentru a preveni și reduce poluarea, a promova utilizarea durabilă a apei, a proteja mediul acvatic, a îmbunătăți starea ecosistemelor acvatice și a atenua efectele inundațiilor și secetelor. Sunt excepții cazurile în care se aplică derogări speciale, toate apele trebuie să obțină o stare ecologică bună, prin utilizarea planurilor de gestionare a bazinului hidrografic.

Planurile privind punerea în aplicare (COM(2007)0128, COM(2009)0156, COM(2012)0670 și COM(2015)0120) indică faptul că, deși au fost făcute progrese importante în îndeplinirea, acestui acestui obiectiv, succesul său final va depinde de ambiția statelor membre și de punerea în aplicare corectă a planurilor lor pentru 2015 într-un mod care poate fi măsurat. Pe parcursul anului 2007, Comisia a lansat WISE (Water Information System for Europe – Sistemul de informare privind apa pentru Europa), un instrument de colectare și schimb de date și informații la nivelul UE și de monitorizare a agenților poluanți eliberați în apele de suprafață sau în mediul acvatic.

În urma tuturor măsurilor luate, rămân în continuare obstacole care împiedică o mai bună protecție a resurselor de apă din Europa. Aceste obstacole sunt identificate în Comunicarea Comisiei intitulată „Rezolvarea problemei deficitului de apă și a secetei în Uniunea Europeană” din 18 iulie 2007 (COM(2007)0414). În 2012, Comisia a lansat Planul de salvgardare a resurselor de apă ale Europei (COM(2012)0673), cu scopul de a asigura disponibilitatea apei de suficientă calitate pentru toți utilizatorii legitimi, printr-o punere în aplicare mai bună a politicii actuale privind apa a UE, prin integrarea obiectivelor politicii privind apa în alte domenii politice și prin remedierea lacunelor existente în cadrul actual. În ceea ce privește ultimul punct, planul de salvgardare a resurselor de apă prevede stabilirea de către statele membre de conturi pentru apă și obiective privind eficiența apei, precum și elaborarea de standarde ale UE privind reutilizarea apei.

La data de 23.10.2000 Directiva Cadru pentru Apă 2000/60/CE a fost adoptată de Parlamentul European și Consiliul Uniunii Europene și oferă Comisiei Europene, statelor membre și candidate posibilitatea de a coopera în cadrul unui nou parteneriat pentru protecția apelor interioare, a apelor de tranziție, de coastă și a apelor subterane prin prevenirea poluării la sursă și stabilirea unui mecanism unitar de control al surselor de poluare.

Prin Directiva 2007/60/CE privind evaluarea și gestionarea riscului la inundații: Uniunea Europeană a urmărit reglementarea managementul riscului la inundații cu scopul reducerii pagubelor la inundații, prin obligațiile ce le revin fiecărei țări membre.

În esență principalele prevederi conținute în acest document sunt:

În prima fază, statele membre ale U.E. au obligația de a elabora hărți de hazard și inundații, care să fie finalizate până la 22 decembrie 2013, măsură care a fost îndeplinită de țara noastră.

În a doua fază, statele membre ale U.E. pe baza hărților menționate stabilesc planuri de gestionare a riscurilor la inundații la nivel de district hidrografic, care vor stabili nivelul de apărare a zonelor de risc la inundații în funcție de probabilitatea de producere a viiturilor de calcul corespunzător apărării zonelor locuite și a obiectivelor social-economice situate în arealele inundabile de pe teritoriul lor. Dacă teritoriul bazinului hidrografic studiat este situat pe teritoriul comun a mai multor țări membre U.E., statele riverane vor ajunge la un acord comun pentru elaborarea unui singur plan fiind și această măsură îndeplinită .

Odată cu eforturile considerabile pe care A.N ”Apele Române” le-a depus pentru îndeplinirea cerințelor derivate din implementarea legislației europene, un rol deosebit de important îl are reactualizarea schemelor de amenajare a bazinelor hidrografice, ținând cont de prevederile Directivei Cadru Apă și a noilor Directive ale Uniunii Europene.

În zona Uniunii Europene au fost promovate instrumente legislative pentru protecția și managementul durabil al resurselor de apă. Dintre acestea, de o importanță deosebită este Directiva Cadru 2000/60/EC, care definește apa ca pe un patrimoniu ce trebuie protejat, tratat și conservat ca atare. Directiva asigură cadrul necesar gospodăririi durabile a apei, ceea ce presupune gestiunea cantitativă și calitativă a apelor și ecosisteme sănătoase, având ca scop atingerea „stării bune” a apelor.

Articolul 8 (1) al Directivei Cadru din domeniul apelor (2000/60/EC), Statele Membre ale Uniunii Europene trebuie să stabilească programele de monitorizare pentru apele de suprafață și apele subterane în scopul cunoașterii și clasificării “stării “ acestora în cadrul fiecărui district hidrografic.

Analiza privind Sistemul Național de Monitorizare a apelor din România reprezintă o sinteză a programelor de monitorizare a apelor de suprafață și a celor subterane, pentru cele 11 bazine/spații hidrografice pe care se elaborează Planurile de Management în România. La sfârșitul lui martie 2007, a fost prezentat Comisiei Europene Raportul Național 2006, privind Sistemul de Monitorizare a Apelor din România, stabilit în conformitate cu Art. 8 (1,2) ale Directivei Cadru Apă.

1.3.3 Parcursul politicii europene privind resursele de apă

Spațiul politicii Uniunii Europene în domeniul resurselor de apă, cu privire la protecția acestora sunt gândite să prezinte un set cât mai diversificat de măsuri de protecție. Timpul de până la adoptarea Directivei Cadru privind apa, în 2000, politicile comunitare în domeniul apelor erau, în majoritate, specifice problemelor cărora le erau adresate.

Starea sănătății umane protecția ecosistemelor sunt cerințe generale pentru protecția mediului stabilite prin Directiva Cadru Apă.

Politicile europene în domeniul apei au urmat diferite direcții pentru a asigura aceste cerințe.

Aceste direcții includ:

Figura 5 – Direcțiile politici europene privind apa

1.3.4 Etapele în evoluția politicii europene în domeniul apei ,

Figură 6 – Etapele politici UE în domeniul apei

1.3.4.1 Etapa I "Protecția folosințelor de apă"

S‐au lansat următoarele directive:

‐ Directiva 75/440/EEC

are în vedere apele de suprafață care sunt destinate potabilizării.

‐ Directiva 79/869/EEC

sunt prezente metodele de prelevare și analiză a apelor de suprafață care au ca folosință alimentarea cu apă potabilă.

‐ Directiva 76/160/EEC

directiva a fost lansată cu privire la apele de îmbaiere.

‐ Directiva 78/659/EEC

această directiva stabilește calitatea apelor dulci ce necesită protecție sau îmbunătățire pentru a susține viața peștilor.

‐ Directiva 79/923/EEC

conține aspecte privind calitatea apelor pentru moluște.

‐ Directiva 80/923/EEC amendată de Directiva 98/83/EC,

cu privire la apa destinată consumului uman

1.3.4.2 Etapa a II‐a "Reducerea poluării la sursă"

În această etapă s-a stabilit valori limită admisibile pentru evacuarea poluanților în mediul acvatic.

‐ Directiva 76/464/EEC

face precizări cu privire la poluarea creată de evacuarea unor substanțe periculoase în mediul acvatic, împreună cu cele 7 directive fiice.

‐ Directiva 82/176/EEC

cu privire la mercurul din electroliza cloralcalilor;

‐ Directiva 84/156/EEC

cu privire la mercurul din alte sectoare decât electroliza cloralcalilor;

‐ Directiva 83/513/EEC ‐ referitoare la cadmiu;

‐ Directiva 84/491/EEC ‐ referitoare la hexaclorciclohexan;

‐ Directiva 86/280/EEC ‐ referitoare la tetraclorura de carbon, pentaclorfenol, DDT;

‐ Directiva 88/347/EEC ‐ referitoare la hexaclorbutan, hexaclorbutadienă, cloroform;

‐ Directiva 90/415/EEC ‐ referitoare la 1,2 dicloretan, tricloretilenă, percloretilenă, triclorbenzen.

‐ Directiva 80/68/EEC ‐ privind protecția apelor subterane împotriva poluării create de unele substanțe periculoase;

‐ Directiva 91/271/EEC

‐ cu privire la apele uzate orășenești.

‐ Directiva 96/61/EEC ‐ privind prevenirea și reducerea poluării industriale.

1.3.4.3 Etapa a III‐a "Gospodărirea durabilă a resurselor de apă"

‐Directiva Cadru privind Apa ‐ 2000/60/EC care integrează o mare parte din prevederile directivelor anterioare și aduce o serie de elemente revoluționare, precum:

‐ gospodărirea apelor la nivel de bazin hidrografic;

‐ caracterizarea stării apelor în cinci categorii de calitate;

‐ definirea stării de referință pentru apele de suprafață;

‐ definirea stării bune a apelor;

‐ definirea categoriei de ape puternic modificate antropic, pentru care obiectivul este reprezentat de obținerea potențialului ecologic bun,

‐ clarificarea conceptului de reabilitare a râurilor.

Principiile de bază ale noii strategii de gospodărire a apelor în România care au drept obiectiv dominant amortizarea și implementarea ACQUIS‐ului comunitar în domeniul protecției calității apei

și în mod deosebit, sunt:

Figură 7- Principiile de bază privind noile strategii de gospodărirea apelor

Etapa a III‐a "Gospodărirea durabilă a resurselor de apă" prin Directiva Cadru 2000/60/EC stabilește un cadru de acțiune pentru țările din Uniunea Europeană în domeniul politicii apei și recunoaște:

managementul integrat al resurselor de apă;

definirea stării bune a apelor;

monitoringul integrat al apelor;

definirea unei noi categorii de ape cu regim foarte mult modificat antropic pentru care obiectivul ce trebuie atins este obținerea unui potențial ecologic bun;

clarificarea conceptului de reabilitare a râurilor prin definirea atât a obiectivelor de mediu, a stării de referință a apelor de suprafață cât și a apelor cu regimul foarte mult modificat antropic;

analiza economica a utilizării apei la nivel de bazin hidrografic prin luarea în considerare a principiului recuperării costurilor, cu resursele de apă, pentru tratarea și epurarea apelor și a costurilor asociate mediului; principiul poluatorul plătește și principiul beneficiarul plătește.

Analiza economică are scopul de a asigura faptul că transformările introduse de Directiva Cadru 2000/60 privind apă să fie durabile;

participarea publicului la activitățile de gospodărirea apelor;

dezvoltarea colaborării internaționale în vederea realizării Planului de management al Districtului Hidrografic al Fluviului Dunărea.

1.3.5 Necesitățile integrării europene cu privire la domeniul protecției folosințelor de apă.

În contextul integrării cerințele europene în domeniul protecției folosințelor de apă sunt următoarele:

corelarea calității apelor de suprafață destinate potabilizării cu tehnologia de tratare și luarea de măsuri corespunzătoare

Directiva 75/440/EEC și Directiva 79/869/EEC;

protecția sănătății oamenilor împotriva efectelor oricărui tip de contaminare a apei potabile prin asigurarea calității ei de apă sanogenă și curată cu limitele stabilite de Directiva 80/923/EEC, amendată de Directiva 98/83/EC;

stabilirea zonelor naturale amenajate pentru îmbăiere, monitorizarea acestor zone și luarea unor măsuri pentru asigurarea calității apei în conformitate cu limitele stabilite de Directiva 76/160/EEC;

desemnarea apelor salmonicole (păstrăvul, lipanul și lostrița) și ciprinicole (crap, caras, roșioară, plătică, linul, mreana și scobarul) și luarea de măsuri necesare pentru încadrarea calității apei in limitele stabilite de Directiva 78/659/EEC;

desemnarea apelor costiere și tranzitorii unde trăiesc moluște, monitorizarea acestor ape și luarea de măsuri necesare pentru încadrarea în limitele prevăzute de Directiva 79/923/EEC.

1.3.6 Parteneriatele europene pentru inovare (EIP-uri)

Sunt propuse în cadrul inițiativei emblematice „O Uniune a inovării” a strategiei ,,Europa 2020” care conferă o abordare și un cadru strategic pentru soluționarea punctelor slabe ale sistemului european de cercetare și inovare, în vederea accelerării inovațiilor care aduc o contribuție semnificativă la rezolvarea provocărilor societății.

Structura membrilor UE recunosc importanța inovării în domeniul gospodăririi apelor. La 21 iunie 2011, Consiliul Uniunii Europene a invitat Comisia să investigheze un parteneriat de inovare privind apa, în strânsă colaborare cu statele membre, în vederea unei utilizări durabile și eficiente a apei. Cetățenii, societățile, agricultura și sectoarele industriale vor avea din ce în ce mai multă nevoie de soluții inovatoare pentru a satisface necesitatea de a utiliza apa într-un mod mai eficient și mai eficace. Gândirea inovatoare și utilizarea mai inteligentă a inovațiilor au potențialul de a aduce pe piață noi soluții în mod rapid și eficient, răspunzând în același timp necesităților utilizatorilor finali din zonele urbane, rurale și industriale.

Trebuie să contribuie la îndeplinirea obiectivelor generale ale politicii UE în domeniul apei, astfel cum au fost definite în Directiva-cadru privind apa și în foaia de parcurs privind eficiența utilizării resurselor, și la depășirea dificultăților de implementare.

Obiectivele strategice ale parteneriatelor europene pentru inovare sunt ca, până în 2020:

Figura 8 – Obiectivele strategice ale E.P.I

1.3.7 Masuri privind starea apelor

Având în vedere calitatea resurselor de apă, parlamentul UE în luna iunie 2008, a susținut cu o foarte consistentă majoritate, noile norme UE privind aceste resurse.

În septembrie 2015 Parlamentul UE a votat cu o largă majoritate în favoarea unui raport cu privire la acțiunile întreprinse în urma primei inițiative cetățenești europene „Right2Water” (Dreptul la apă), care invită Comisia să propună un act legislativ pentru aplicarea dreptului omului la apă și salubritate, așa cum este recunoscut de ONU.

Instituțiile europene și statele membre sunt îndemnate în mod special, în contextul acestei inițiative, să se asigure că toți cetățenii se bucură de dreptul la apă și salubritate, că aprovizionarea cu apă și gestionarea durabilă a resurselor de apă nu sunt supuse normelor pieței interne și că serviciile legate de apă sunt excluse din măsurile de liberalizare.

Parlamentul a invitat Comisia să prezinte propuneri legislative și, dacă este cazul, o revizuire a D.C.A la data de 8 septembrie 2015 care să recunoască accesul universal și dreptul omului la apă.

Succesul implementării Directivei pentru atingerea acestui scop și a obiectivelor asociate acestuia se va evidenția, în principal prin cunoașterea stării “corpurilor de apa”. Cu alte cuvinte, principalul scop al identificării corpurilor de apă este acela de a permite descrierea corecta a stării apelor.

Potrivit Art. 2.10 din D.C.A, prin “corp de apa de suprafață” se înțelege un element discret si semnificativ al apelor de suprafață ca : râu, lac, canal, sector de râu, sector de canal, ape de tranziție, o parte din apele marine litorale. Un corp de apă de suprafață așa după cum este descris se formează din: apa, patul albiei și zona riverană râului care este relevantă pentru flora și fauna acvatică.

Corpurile de apa de suprafață nu trebuie să se suprapună unele cu altele sau sa fie alcătuite din elemente ale apelor de suprafață, care nu sunt continue.

De aici rezulta că:

un bazin sau un sub-bazin conține, în mod obișnuit, un anumit număr de corpuri de apă; numai un bazin mic format dintr-un singur curs de apă poate fi teoretic un corp de apă.

două sau mai multe râuri independente nu pot fi, de regula, unite într-un singur corp de apă.

Corpul de apă este unitatea care se va utiliza pentru raportare și verificarea modului de atingere a obiectivelor țintă ale Directivei cadru privind apa.

Din acest motiv, corpurile de apă trebuie să fie corect determinate și să permită descrierea corespunzătoare a stării acestora.

Totuși, trebuie precizat ca identificarea corpurilor de apă reprezintă un instrument, și nu un obiectiv în sine.

Dacă corpurile de apă sunt identificate în așa fel încât să nu permită o descriere corectă a stării ecosistemelor acvatice, Statele Membre nu vor fi în măsură să aplice obiectivele Directivei în mod corespunzător

Procedeul de identificare a corpurilor de apă este unul complex, iterativ și de lungă durată. O primă identificare a acestora se s-a făcut în anul 2004 prin utilizarea informațiilor disponibile. Acolo unde este necesar, corpurile de apă se vor verifica și redefini înaintea publicării Planului de Gospodărire a Apelor pe Bazine Hidrografice.

Figura 9 – Stabilirea limitelor pentru corpurile de apă puternic modificate

1.3.8 Schema Directoare (schema – cadru) de amenajare și gospodărire a apelor

Procesul de implementare a schemelor directoare este unul extrem de important și cheia succesului în implementarea acestora nivelul bazinului hidrografic depinde foarte mult de comunicarea interinstituțională între factorii de resort, pe de o parte, A.N. ”Apele Române”, prin Administrațiile Bazinale de Apă și Institutul Național de Hidrologie și Gospodărirea Apelor, iar pe de altă parte, autorități locale, ONG-uri și cetățeni.

Schemele directoare sunt instrumentul de planificare în domeniul apelor la nivelul bazinelor hidrografice, reglementată prin Legea Apelor nr. 310/2006, care reprezintă implementarea Directivei Cadru pentru Apă 2000/60/EC (modificată și completată prin Legea 107/1996). Acestea cuprind:

a. Planul de amenajare a bazinului hidrografic este componenta de gestionare cantitativă a resursei de apă și are ca scopuri:

realizarea și menținerea echilibrului cerințelor de apă ale folosințelor și disponibilul de apă la surse;

diminuarea efectelor negative provocate de fenomenele naturale (inundații, secetă etc.);

utilizarea potențialului apelor (producția de energie hidromecanică și hidro- electrică);

determinarea cerințelor de mediu asupra resurselor de apă.

Din Planul de Amenajare (componenta cantitativă) face parte și planul de acțiune de protecție împotriva inundațiilor.

b. Planul de management al bazinului hidrografic este componenta de gestionare calitativă a resurselor de apă și are ca scopuri:

atingerea și menținerea stării bune a apelor

identificarea presiunilor și a impactului activității umane asupra apelor de suprafață;

diminuarea efectelor negative și reducerea surselor de poluare;

determinarea cerințelor de calitate a apei asupra resurselor de apă.

Planul implementării Directivei Cadru, reglementat prin Articolul 13 și Anexa VII, este reprezentat de Planul de Management al Bazinului / Districtului Hidrografic, care pe baza cunoașterii stării corpurilor de apă, stabilește obiectivele țintă pe o perioada de 6 ani și propune măsuri exacte pentru atingerea „stării bune” a apelor.

Schemele Directoare sunt întocmite pe fiecare bazin și spațiu hidrografic și respectiv, în sinteză pe țară. Ele includ, pe orizonturi de timp de scurtă durată (5 ani), medie durată (10-15 ani) și lungă durată (16-20 ani):

Figura 10 – Orizonurile schemelor directoare

O serie de probleme menționate, odată soluționate sunt continuate prin determinarea necesarului de lucrări din Schemele Directoare:

baraje și lacuri de acumulare, derivații interbazinale, captări de apă subterană, stații de epurare, îndiguiri și regularizări de albii, reabilitarea sistemului de alimentare cu apă în centrele urbane.

Drept urmare, în paralel cu prevederile schemei Directoare de amenajare și gospodărirea apelor se elaborează programele de dezvoltare a lucrărilor, instalațiilor și amenajărilor de gospodărirea apelor ce trebuie realizate pentru atingerea obiectivelor în raport cu cerințele dezvoltării economico-sociale, a cerințelor de sănătate a populației și a celor ecologice.

1.3.8.1 Politica apei

Este măsura de soluționare a problemelor actuale ale apei și de perspectivă, este caracterizată de volumul resurselor de apă de care dispune, pe de o parte și de necesitatea de a le folosi cât mai rațional, de a le proteja împotriva epuizării și poluării pe de altă parte. Ea se transpune în practică prin strategia de gospodărire a apelor.

Caracteristicile schemei de amenajare sunt:

caracterul progresiv dat de dezvoltarea ei odată cu creșterea cerințelor;

limita maximă determinată de resursele de apă limitate ale bazinului și progresul tehnic (schema poate fi diferită de la un stadiu la altul).

1.3.8.2 Schema de amenajare integrală

Permite utilizarea maximă posibilă cu mijloace tehnice cunoscute a resurselor de apă ale bazinului sau teritoriului analizat și prezintă două caracteristici esențiale:

are un caracter dinamic fiind precizată și extinsă pe măsura adâncirii gradului de cunoaștere a resurselor bazinului și realizării progresului tehnic;

nu este o schemă unică pentru un bazin și ia în considerare mai multe variante posibile și etape de amenajare pentru punerea în valoare a totalității resurselor bazinului.

1.3.8.3 Schema de amenajare complexă

Utilizează resursele pentru satisfacerea tuturor folosințelor de apă într-un bazin.

Prin schemă, în scopuri multiple se înțelege schema care include satisfacerea a cel puțin două din obiectivele gospodăririi apelor.

Schemele de amenajare la o eventuală reactualizare trebuie sa aibă în vedere:

Rezolvarea cu prioritate a alimentării cu apă, corelată cu opțiunile de dezvoltare liberă a centrelor populate;

Reconstruirea consumurilor specifice pe unitatea de produs în concordanță cu consumurile corespunzătoare unor tehnologii moderne și soluții de recirculare a apei industriale

Luarea în vedere a reducerii pierderilor în sistemele și rețelele de apă existente, în special în alimentările cu apă și irigații, înaintea găsirii unor noi surse;

Exploatarea sistemelor prin gospodărire integrată, cantitativă și calitativă a apelor din bazin;

Alinierea consumurilor specifice pentru toate folosințele cu normele europene;

Soluțiile financiare practicate pentru prețul apei, care să descurajeze risipa și consumurile exagerate, dar și să creeze surse financiare sigure pentru descurajarea corespunzătoare a activităților din domeniul gospodăririi apelor;

Combaterea fenomenului de colmatare a acumulărilor, atât ca proces evolutiv, cât și ca o consecință asupra exploatării lacurilor.

1.3.8.4 Conceptul de risc

Riscul este caracterizat prin trei elemente: hazard, vulnerabilitate și expunere. Dacă unul dintre cei trei factori crește sau scade, atunci implicit și riscul crește, respectiv scade.

Salvano Briceno, director al secretariatului UN/ISDR: Investigarea în redu- cerea riscului dezastrelor micșorează vulnerabilitatea omului la hazarduri și ajută la ruperea cercului vicios al sărăciei.

Hazardul este un eveniment amenințător sau probabilitatea de producere a unui fenomen potențial producător de pagube într-un areal, influențând viața, proprietățile și activitățile umane conducând la dezastre.

Vulnerabilitatea reprezintă sensibilitatea unor obiective în fața unui fenomen determinată de diverși factori fizici, sociali, economici și de mediu.

În studiul măsurilor și lucrărilor de combatere a inundațiilor un rol important îl joacă mărimea gradului de protecție sau de siguranță oferit de acestea. :

F = prob (Qviitura ≤ Qmax . admis )

Riscul de inundare se poate exprima prin probabilitatea de depășire a debitelor maxime admise sau probabilitatea de inundare, prin relația:

R = prob (Qviitura > Qmax . admis )

Valoarea gradului de protecție trebuie să fie cu atât mai mare, cu cât amploarea pagubelor ce pot fi provocate de inundații este mai mare.

O analiză tehnico-economică poate indica și teoretic cerințe de apărare diferite, deci și probabilități de calcul distincte pentru obiective care conform prescripțiilor se încadrează în aceeași clasă de importanță.

Calculul probabilității ca debitul maxim cu asigurarea (anuală) P să apară cel puțin o dată în cei n ani de existență a lucrării (riscul de inundare) este:

unde: T – perioada de repetare fără a implica o anumită regularitate succesivă în producerea fenomenului.

1.4 Dezvoltare durabilă privind resursele de apă

Plecând de la conceptul de dezvoltare durabilă, găsit din ce în ce mai des în literatura de specialitate se poate afirma că problema cheie așa cum a mai fost descrisă, este contrastul dintre nevoia de dezvoltare a societății, creșterea a populației și degradarea continuă a mediului.

1.4.1 Summitul de la Rio

La acest summit care a avut loc în anul 1992, au participat 120 de șefi de stat, și sunt din nou aduse în centrul atenției problemele privind mediul și dezvoltarea. Dezvoltarea durabilă reprezintă: "o nouă cale de dezvoltare care să susțină progresul uman pentru întreaga planetă și pentru un viitor îndelungat".

Scopul declarat al Conferinței secolului a fost stabilirea unei noi strategii a dezvoltării economice, industriale și sociale în lume, cuprinsă sub numele de dezvoltare durabilă, "sustenabile development".

Cea mai cunoscută definiție a dezvoltării durabile este cea dată de Comisia Mondială pentru Mediu și Dezvoltare (WCEF) în raportul "Viitorul nostru comun", cunoscut și sub numele de "Raportul Bruntland": "dezvoltarea durabilă este dezvoltarea care urmărește satisfacerea nevoilor prezentului, fără a compromite posibilitățile generațiilor viitoare de a-și satisface propriile nevoi".

1.4.2 Obiectivele generale ale Strategiei pentru Dezvoltare Durabilă a Uniunii Europene

Limitarea schimbărilor climatice a costurilor și efectelor sale negative pentru societate și mediu.

Să ne asigurăm că sistemul nostru de transport satisface nevoile economice,sociale și de mediu ale societății noastre, minimizând impacturile sale nedorite asupra economiei, societății și mediului.

Promovarea modelelor de producție și consum durabile.

Îmbunătățirea managementului și evitarea supraexploatării resurselor naturale, recunoscând valoarea serviciilor ecosistemelor.

Promovarea unei bune sănătăți publice în mod echitabil și îmbunătățirea protecției împotriva amenințărilor asupra sănătății.

A crea o societate a includerii sociale prin luarea în considerare a solidarității între și în cadrul generațiilor, a asigura securitatea și a crește calitatea vieții cetățenilor ca o precondiție pentru păstrarea bunăstării individuale.

A promova activ dezvoltarea durabilă pe scară largă, asigură ca politicile interne și externe ale UE sunt în acord cu dezvoltarea durabilă și angajamentele internaționale ale acesteia

1.4.4 Summitul Națiunilor Unite privind Dezvoltarea Durabilă

A avut loc la Johannesburg în perioada 26 august – 6 septembrie 2002, a reunit 104 conducători ai statelor lumii și a avut ca principale rezultate:

Declarația de la Johannesburg privind dezvoltarea durabilă. Prin această declarație s-a asumat responsabilitatea colectivă pentru progresul și întărirea celor trei piloni interdependenți ai dezvoltării durabile: dezvoltarea economică și socială, protecția mediului la nivel local, național, regional și global.

Planul de implementare al Summitului mondial privind dezvoltarea durabilă.

Prin acest plan se urmărește aplicarea de măsuri concrete la toate nivelurile și întărirea cooperării internaționale, în baza responsabilităților comune, dar diferențiate și integrarea celor trei piloni ai dezvoltării durabile. În acest sens, eforturile sunt axate pe: eradicarea sărăciei; modificarea modelelor de producție și consum; protejarea sănătății; protejarea și managementul bazei de resurse naturale pentru dezvoltarea economică și sociala.

1.4.5 Dezvoltarea durabilă prin politici de mediu;

Conceptul de dezvoltare durabilă a luat naștere, ca răspuns la apariția problemelor de mediu și a crizei resurselor naturale, în special a celor legate de energie.

Practic, Conferința privind Mediul de la Stockholm din 1972 este momentul în care se recunoaște că activitățile umane contribuie la deteriorarea mediului înconjurător, ceea ce pune în pericol viitorul Planetei.

Câțiva ani mai târziu, în 1983, își începea activitatea Comisia Mondială pentru Mediu și Dezvoltare (W.C.E.D.), după o rezoluție adoptată de Adunarea Generala a Națiunilor Unite.

În 1985 era descoperită gaura din stratul de ozon de deasupra Antarcticii și, prin Convenția de la Viena a început căutarea unor soluții pentru reducerea consumului de substanțe care dăunează stratului protector de ozon care înconjoară Planeta.

Termenul de dezvoltare durabilă a început să devină, însă, foarte cunoscut abia după Conferința privind mediul și dezvoltarea, organizată de Națiunile Unite la Rio de Janeiro în vara lui 1992, cunoscută sub numele de “Summit‐ul Pământului”.

Ea a avut ca rezultat elaborarea mai multor convenții referitoare la schimbările de climă (reducerea emisiilor de metan și dioxid de carbon), diversitatea biologică (conservarea speciilor) și stoparea defrișărilor masive.

Tot atunci a fost elaborată și Agenda 21, planul de susținere a dezvoltării durabile.

Problema cheie a dezvoltării durabile o constituie reconcilierea între două aspirații umane: necesitatea continuării dezvoltării economice și sociale, dar și protecția și îmbunătățirea stării mediului, ca singură cale pentru bunăstarea atât a generațiilor prezente, cât și a celor viitoare.

Capitolul 2 Baza de date realizată prin tehnici avansate de prelucrare și analiză.

2.1 Introducere

Sistemele informaționale geografice au fost concepute pentru realizarea de modele pe suprafețe mari, state și entități administrative, fiind utilizate cu scopul de a realiza hărți și de a stoca atribute informaționale spațiale.

Modul de utilizare a datelor și rezultatele de o foarte bună calitate înregistrate în urma realizării de modele, au făcut să existe un interes special pentru introducerea în inginerie, proiectare, hidrologie și hidrotehnică. Rapiditatea, modul ușor de obținere a rezultatelor a făcut, ca scopul principal de implementarea G.I.S în aceste structuri, este acela de a dezvolta modele cu ajutorul cărora mediul G.I.S să fie capabil de a oferi soluții de determinare a frecvenței de apariție a unui eveniment extrem, amplasarea corespunzătoare a sistemelor hidrotehnice, amplasarea digurilor de apărare împotriva inundațiilor, determinarea canalelor de drenaj.

În istoria dezvoltării aplicațiilor G.I.S putem enumera câțiva cercetători pioneri în dezvoltarea acestor aplicații. Printre pioneri putem să amintim pe , care au propus soluții pentru delimitarea automată a cumpenelor de apă și a canalelor de drenaj spre punctele de control, utilizând o rețea de „grătare”, de tip GRID. Această schemă utilizează informațiile altimetrice ale fiecărei celule a GRID-ului pentru a determina direcția de orientare a celulei analizate către celelalte opt din jurul ei. Celula care contribuie la formarea scurgerii este considerată ca și celulă de pe suprafața bazinului hidrografic, iar celulele care nu contribuie la procesul de scurgere sunt identificate drept cumpene de apă.

Programele geoinformaționale oferă posibilitatea de manipulare a datelor hidrologice și definire de modele proprii sau alegerea modelelor existente, prin intermediul funcțiilor și ecuațiilor de analiză spațială. Funcțiile de analiză spațială sunt concretizate în rutine, care prin intermediul ecuațiilor și analizei scot în evidență manifestarea spațială a unui element constituent al modelului hidrologic.

4.2 Prelucrarea primară a bazei de date G.I.S

Sistemele Informaționale Geografice (Geographical Information Systems – G.I.S.) sunt sisteme care prezintă mai multe straturi tematice raportate la mediul înconjurător, și poate fi privit ca o bază de date relațională, în care datele sunt stratificate și asociate cu seturi geografice caracteristice.

Crearea de date geografice cu o precizie și acuratețe ridicată sunt bază la formarea modelelor realizate cu ajutorul funcțiilor G.I.S , în funcție de multitudinea datelor, formatul acestora și cantitatea de care necesită prelucrare, reprezintă factorii care duc la nașterea sistemelor de calcul cât și la diversificarea și optimizarea procedurilor unde sunt luate în analiză.

Baza de date necesară pentru analiza cantitativă a debitelor în râuri, s-a realizat aplicând funcțiile programelor, ArcGIS 10.1-ArcMap, ArcScene, HEC-GeoHMS, HEC-GeoRAS ArcHydro, HEC-Ras, HEC-Hms, HEC-DSSvue și a programelor de tip CAD.

2.2 Etapele prelucrării bazei de date

Pentru crearea unei baze de date sunt necesari o serie de pași, după cum urmează :

Figura 11 – Crearea bazei de date

O primă etapă pe care am întreprins-o în procesul de realizare a bazei de date primare este achiziționarea și gruparea datelor existente care trebuie procesate, dar și realizarea prin măsurători directe a unei baze de date noi care ne va ajuta pe mai departe în studiul de analiză cantitativă a debitelor în râuri. Odată realizată baza de date în format raster (hărțile, imaginile stelitare) este obligatoriu ca baza de date să fie introduse în calculator sub formă numerică, acest lucru realizându-se prin scanare sau realizare de fișiere tip baze de date (ASCII, .SHP,.DBF, .DXF) care să poată, apoi, fi importate în programele G. I. S sau CAD.

Prin intermediul datelor atribut produsele geoinformatice scot în evidență informația geografică. Tabelele de tip atribut suportă un număr mare de tipuri, .dbf, ASCII, unele formate proprii, în care pot fi stocate date foarte variate ca formă sau conținut. Cele mai întâlnite tipuri de informații geografice, date atributare, sunt cele legate de localizare, suprafețe sau lungimi, etichete, atribute care pun în evidență specificitatea datelor și permit introducerea acestora în diferite tipuri de analize spațiale.

Bazele de date în format raster sunt reprezentate de imagini tematice. În procesul de analiză spațială pot fi utilizate împreună cu datele de tip vector, cu alte date de tip raster sau singure, în funcție de scopul urmărit.

O parte din baza de date rezultată este redată în tabelul de mai jos:

Tabel 1 –Baza de date –layere tematice

Asupra stratelor realizate se va acționa în procesul de reprezentare a funcțiilor care se utilizează în modelele de estimare a scurgerii. Utilizând aceste straturi și atributele aferente lor, ca bază de plecare, , vor rezulta alte straturi, care se vor concretiza în noi baze de date.

Baza de date G.I.S. se structurează sub forma layerelor (stratelor) tematice de diferite structuri, layere de tip linie pentru rețeaua hidrografică, layere de tip poligon pentru caracteristicile bazinului hidrografic, solului, vegetației, intravilanelor, layere de tip grid pentru DEM și baza de date derivate din analiza spațială a acestuia .

Principala proprietate a bazei de date G.I.S. este aceea ca ea se poate actualiza la diferite intervale de timp sau în timp real, orice schimbare a caracteristicii unui layer schimbă întreaga structură de date derivate și rezultate.

Odată cu apariția G.I.S și a programelor de simulare hidrodinamice, modelele de analiză spațială a elementelor care influențează și condiționează propagarea undei de viitură s-au dezvoltat cu o rapiditate foarte mare datorită modalităților simple și rapide de manipulare și analiză a datelor grafice și numerice, stocate sub formă de layere tematice, dezvoltate de programele geoinformaționale.

2.3 Tehnici și metode de lucru

Lucrarea este realizată prin implementarea de tehnici avansate, pornind de la modalitățile de construire a bazei de date primare, măsurători în teren și definitivarea bazei de date derivate prin intermediul funcțiilor de analiză spațială cu aplicare în hidraulică și hidrologie (modelul digital de elevație, direcția scurgerii, acumularea scurgerii, panta bazinului hidrografic, utilizarea terenului, textura solului etc.), are o importanță deosebită în procesul de modelare, deoarece ea constituie punctul de plecare pentru orice tip de model hidrologic și hidraulic.

Tehnicile G.I.S constau în metode și modele de extragere automata a variabilelor de intrare în ecuațiile de calcul, determinarea arealelor de risc de manifestare a viiturilor, o serie de straturi tematice, continuând cu analiza precipitațiilor înregistrate la stațiile pluviometrice, modelul conceptual hidrologic creat cu HEC-HMS, dezvoltat de United States American Corps of Civil Engineering (USACE), care a fost folosit pentru transformarea volumului de apă provenit din precipitații în scurgere, pe baza căreia s-au determinat hidrografele undelor de viitura, acest soft ,,simulează scurgerea obținută din volumul de precipitații căzut la sol, cât și procesele de transport și atenuare prin transport a unui hidrograf, dintr-o secțiune amonte într-o secțiune aval. ; baza de date folosită în modelarea hidrologică a fost realizata cu ajutorul programului HEC-GeoHMS.

Cu ajutorul softului specializat HEC-GeoRAS, a fost prelucrată baza de date privind obținerea informației pentru realizarea modelării hidraulice aval de barajul Poiana Uzului, prin extragerea automată a datelor cu privire la modelul terenului, rugozitatea canalului, panta sectorului de râu etc.

Analiza seriilor de timp se referă în principal la construirea unor modele capabile să descrie comportamentul sistemului în scopul simulării acestuia, al anticipării evoluției sale ulterioare, al evaluării tendințelor și pentru mai buna înțelegere a dinamicii componentelor sale.

Modelul de ploaie scurgere, meteorologic trebuie sa realizeze un echilibru între fenomenul propriu zis ți aplicația operațională, primordiale fiind datele de intrare în model dar și istoricul evenimentelor. La crearea unui model hidrologic sau hidraulic având la bază precipitațiile înregistrate la posturile pluviometrice din bazinul hidrografic trebuie ținut seama și de natura foarte complexă a proceselor care au loc în bazinele hidrografice care sunt supuse odată cu trecerea timpului la schimbării din cauza factorilor naturali și umani.

Pentru vizualizarea și obținerea datelor necesare atât modelării hidraulice cât și modelării hidrologice și pentru realizarea analizei detaliate asupra suprafeței bazinului trebuie construit modelul digital de elevație.

Obținerea unor rezultate concludente cu o precizie ridicată necesită un model digital de calitate.

2.4 Modelul digital al terenului

Datele necesare pentru realizarea modelelor numerice de teren sunt în mod obișnuit obținute de la trei surse diferite: ridicări topografice directe, fotografii aeriene produse cu ajutorul tehnicilor fotogrammetrice și vectorizarea manuală sau automată a hărților topografice.

În funcție de zona luată în studiu și de exigențele impuse, sursa din care sunt luate date este foarte importantă. Datele obținute sau avute la dispoziție pentru construcția acestor modele constituie o etapă foarte importantă deoarece acestea influențează direct gradul de precizie ce poate fi atins.

Ridicările topografice directe permit obținerea de M.N.T , de foarte mare precizie având la dispoziție toate informațiile asupra formei albiei, doar ca acestea sunt folosite la o scara mică, pe sectoare de râuri relativ mici, pentru că implică măsurarea practică în teren prin trasarea pofilelor transversale sau a liniilor caracteristice și schimbările caracteristice cum ar fi liniile de creastă, liniile de ruperea a pantei, talveg, maluri, zone cu mlaștini etc.

Densitatea măsurătorilor este adaptată variațiilor terenului. Rezultatul fiind o sumă neregulată de puncte care vor servi drept bază pentru obținerea unei reprezentări foarte elaborate a suprafeței terenului, fie interpolarea unei grile regulate, fie prin constituirea unei rețele neregulate de triunghiuri sau T.I.N (Triangular Irregular Network).

Pentru construcția terenului digital sau folosit date din mai multe surse:

Prima sursă de date o reprezintă informațiile de tip (.ASC) care sunt încărcate în ArcGis și prelucrate astfel încât să avem un rezultat cu un grad de corecție mare.

Informațiile de tip (.asc) sunt împărțite în mai multe griduri_10k unde vor fi încărcate pentru a prelua informațiile doar pentru zona de interes.

Figură 13 – Grid pentru încărcarea informațiilor de tip asc.

Pentru acoperirea întregii suprafețe a bazinului hidrografic a fost necesară încărcarea a 20 de griduri cu informații de tip .asc ce urmează a fi prelucrate. Pentru prelucrare avem nevoie și de shp-file cu forma bazinului hidrografic de tip poligon (.shp), rețeaua hidrografică de tip linie .shp

grid cu informații de tip .asc, rezultând raster forma bazin hidrografic Uz.

Figură 14 – Construcție D.T.M

A doua sursa de date pentru construcția D.T.M-ului o reprezintă datele obținute din măsurători, prin efectuarea propriu zise a pofilelor transversale în albia minoră, asupra zonei unde se va crea un model hidraulic și acolo unde există un risc semnificativ de inundații.

Pentru efectuarea acestui pas avem nevoie de profile transversale în albia minoră pentru calibrarea modelului digital, pentru a reda o detaliere foarte bună a cursului albiei râului Uz aval de baraj.

Zona aval de barajul Poiana Uzului are o lungime de aproximativ 10 km, până la confluența râului Uz cu râul Trotuș, fiind o zonă urbană, dezvoltată de-a lungul timpului în imediata apropriere a râului, atât pe partea dreaptă cât și pe partea stângă, cursul de apă trecând pe lângă centrul civic al orașului Dărmănești, unde pe viitor se va putea crea o zonă de agrement, în ideea regularizării râului și a scoaterii acestuia de sub influența efectelor inundațiilor.

2.5.1 Calibrarea modelului digital al terenului

În lucrarea de față, pentru zona luată în studiu am efectuat măsurători R.T.K cu ajutorul GPS-ului Trimble R4, rezultatele măsurătorilor ulterior vor fi folosite la construcția D.T.M-ului, fiind de o acuratețe ridicată, și datorită corecțiilor diferențiale de precizie transmise de către stațiile permanente din rețeaua ROMPOS, prin intermediul internetului recepționate de către sistem în timp real.

Figură 15 – Măsurători R.T.K .râul UZ

După efectuarea măsurătorilor asupra albei râului Uz până la confluența cu râul Trotuș, a urmat procedura de prelucrare a datelor, procedură care s-a efectuat în programul AutoCAD Civil3D.

Au fost importate profilele formate din punctele din măsurători, după care s-a urmărit trasarea liniilor caracteristice, folosind funcția din Autocad Civil3D Grading> Feature Line opțiunea Transition.

Figură 16 – Creare linii caracteristice AutoCAD

Figură 17 – Zoom secțiune modelul terenului aval de barajul Poiana Uzului

Figură 18 – Interpolare profile măsurători

Modelul digital de elevație diferă în funcție de tipul de interpolare adoptat și de calitatea datelor folosite. Studiile de inundabilitate se bazează pe seturi de date topografice și hidrologice, utilizarea instrumentelor de geoprocesare G.I.S fiind de o foarte mare importanță în procesarea datelor și post procesarea a rezultatelor obținute prin modelare hidrologică și hidraulică.

Tehnica de prelucrare G.I.S în vederea pregătirii datelor de intrare în modelele hidrologice și hidraulice utilizate în studiul de față pentru analiza cantitativă a debitelor sau de determinare a zonelor inundabile, reprezintă o etapă indispensabilă. Modelele digitate așa cum am prezentat pot provenii din diferite surse sunt prelucrate și ulterior folosite prin aplicarea funcționalităților avansate de geoprocesare în ArcGIS pentru parametrii de intrare în modelele hidrologice și hidraulice.

Baza de date avută la dispoziție sub forma de date de tip punct în format ASCII sau xyz trebuie convertită prin interpolare în modele digitale de teren.

Exemple de metode de interpolare disponibile în ArcGIS sunt : IDW, Topo to raster, Kriging, Natural Neighbour și Spline.

2.5.2 Metoda IDW

Poate genera un model digital de teren prin interpolarea unui set de puncte având ca atribut cote absolute. Cu cât parametrul power este mai mare cu atât punctele care se află la o distanță mai mare de celula în care se interpolează M.D.T la un moment dat în cadrul rulării instrumentului vor căpăta o pondere mai scăzută în interpolare. Cu cât valoarea parametrului Power este mai scăzută cu atât se va atribuii o pondere mai însemnată punctelor care se află la o distanță mai mare de celula în care are loc interpolarea. Power poate lua valori între 0,5 și 3. Implicit Power are valoarea 2. Dacă punctele cu cote sunt neomaogen distribuite în zona de interes se recomandă valoarea implicită pentru parametrul power, ignorând influența unor puncte de cotă depărtate asupra interpolării într-o anumită celulă.

Parametrul opțional Search Radius influențează metoda de selectare a eșantioanelor de puncte pentru interpolare. În cadrul rulării instrumentul IDW realizează o căutare a unui număr minim de puncte de cota în jurul celulei în care urmează să aibă loc interpolarea. Această căutare se poate face în doua moduri: variabil – căutând un număr minim de puncte stabilit de utilizator (implicit 12 puncte) sau fix – intersectând un cerc cu o rază dată ca parametru și temă spațială cu punctele de cota, punctele care se regăsesc în intersecție fiind luate în considerare în interpolarea valorii unei celule a DTM-ului rezultat. Dacă punctele sunt distribuite neomogen în spațiu se recomandă varianta de căutare variabilă pentru a asigura un număr minim de puncte în procesul interpolării. În acest caz aplicând opțiunea fix există riscul de a nu regăsi un punct în zona de căutare.

2.5.3 Metoda Topo to Raster

Interpolează o suprafața corectă din punct de vedere hidrologic. Interpolarea prin metoda Topo to Raster folosește ca date de intrare mai multe seturi de date concomitent: puncte de cote, curbe de nivel, râuri, lacuri, etc. În procesul interpolării Topo to Raster forțează interpolarea prin scăderea cotelor interpolate pe traseul râurilor creând astfel vai de scurgere.

2.5.4 Metoda Kriging

Este o metodă de interpolare geostatistical care consideră ca distanța dintre puncte determină o corelație spațială care pot influența variațiile suprafeței D.T.M-ului. Se folosește adesea pe seturi de date legate de soluri sau în geologie. Procesul de interpolare se desfășoară în două etape, mai întâi instrumentul creează o variograma și apoi generează suprafața interpolata.

2.5.5 Metoda de interpolare Natural Neighbour

Este o metoda de interpolare care utilizează un set de puncte selectat printr-o diagrama Voronoi și cărora li se atribuie ponderi funcție de ariile proporționale, cotele maxime interpolate situând-se în gama de valori ale punctelor de cota care reprezintă datele de intrare în procesul interpolării.

2.5.6 Metoda de interpolare Spline

Este o metoda de interpolare care estimează valorile utilizând o funcție matematică care minimizează curbatura suprafeței interpolate , generând o suprafața lină care trece prin punctele utilizate ca date de intrare.

2.5 Baza de date derivată – tehnici G.I.S.

Având în vedere modul automat de obținere a datelor, baza de date derivată este de o precizie foarte bună unde erorile umane pot sa apară dar într-un procent mai mic în analiza cantitativă a debitelor cu ajutorul modelarii hidraulice și hidrologice

Structurile de baze de date derivate, care au fost obținute în urma exploatării M.D.T, sunt reprezentate de structuri de tip raster care scot în evidenta principalele caracteristici hidraulice și hidrologice de mișcare și acumulare ale apei, dar și caracteristicile geometrice și morfometrice ale bazinelor și subbazinelor hidrografice, caracteristici absolut necesare în procesul de identificare, extragere și manipulare a datelor spațiale de intrare în structurile de ecuații și modele G.I.S., realizate pentru analiza cantitativă a debitelor în râuri.

Pentru delimitarea bazinelor hidrografice utilizând modele digitale de teren se utilizează în cascadă o serie de instrumente de geoprocesare din grupul de instrumente, intitulat Hydrology care se regăsește în ArcToolbox>Spatial Analyst: Fill, Flow Direction, Flow Accumulation, Snap Pour Point si Watershed. Rezultatul rulării fiecărui instrument reprezintă set de date de intrare pentru următorul instrument, ceea ce înseamnă ca aceste instrumente nu pot fi folosite decât în această ordine și nu se poate omite vreuna din procesări.

2.5.1 Instrumentul Fill

Este utilizat pentru a corecta modelele digitale de teren. Modelele digitale de teren pot avea celule cu cote scăzute într-o zonă cu cote preponderant ridicate, similar unor mici depresiuni. Întrucât cotele reduse se pot regăsi într-o singură celulă, se consideră că aceasta nu este o tendință naturală a terenului ci o eroare. Instrumentul Fill modifică cota acestor celule singular funcție de o medie calculată pe baza cotelor celulelor vecine. Acest procedeu împachetează rezultatele rulării tuturor celorlalte instrumente întrucât sunt înlăturate puncte de drenaj artificial care întrerup liniile de acumulare a apei pe suprafața respectivă. Similar celulele care au cote cu valori mult peste cotele celulelor învecinate sunt corectate prin reducerea valorilor înlăturând extremele și creând o suprafață lină de teren. Imaginea următoare sugerează modul de funcționare al instrumentului Fill:

Figura 21 – Aplicarea funcției Fill pentru corecția D.T.M – Bazin hidrografic UZ

2.5.2 Flow Direction

După corecția modelului digital de teren se determină direcțiile de scurgere la suprafața terenului. Aceste direcții sunt determinate prin rularea instrumentului Flow Direction pentru fiecare celula a rasterului, funcție de cotele celulelor învecinate. Valorile determinate sunt valori cuprinse între 0 și 128, reprezentând o codificare prin ridicarea lui 2 pe rând la cate o putere de la 1 la 8 corespunzând fiecărui punct cardinal.

2.5.3 Acumularea scurgerii (Flowaccumulation)

Modelele hidrologice complexe, au, printre principalele scopuri și acela de a identifica zonele, teritoriile unde se poate acumula volume de apă, din acest motiv am realizat un grid al acumulării scurgerii pentru teritoriul bazinului hidrografic Uz utilizând ca elemente de intrare în ecuațiile de analiză spațială baza de date generată anterior

Programele geoinformatice pun la dispoziția utilizatorului o multitudine de tehnici și procedee de realizare a acumulării scurgerii. Cel mai întâlnit procedeu este acela de a realiza acumularea scurgerii pe baza direcției de scurgere a apei de pe versanți. Acest procedeu nu este în totalitate corect deoarece se generează o acumulare a scurgerii artificială, în ecuație nu se introduce, nicăieri cantitatea de apa care contribuie la acumularea volumelor hidrice. Acest procedeu poate fi folosit doar în cazul în care se dorește vizualizarea acelor zone, de pe suprafața de studiu, unde se pot acumula volume mari de apa.

Figură 23 – Acumularea scurgerii în bazinul hidrografic UZ

2.6 Elemente definitorii ale bazinelor hidrografice

2.6.1 Bazinul hidrografic

Bazinul de recepție sau bazinul colector, al unei rețele hidrografice, reprezintă suprafața teritoriului de pe care apele rezultate din precipitații și cele subterane se scurg și pătrund în ramificațiile rețelei.

În spațiul bazinului hidrografic au loc toate procesele fizice, care determină scurgerile hidrologice, de aici decurgând și importanța sa în studiile hidrologice. Suprafața și subteranul bazinului hidrografic sunt elementele care influențează distribuția precipitațiilor atmosferice în parametrii caracteristici ciclului hidrologic. Limita bazinului hidrografic se trasează pe planurile de situație în funcție de relieful reprezentat prin curbele de nivel și este determinată de cumpăna apelor sau perimetrul bazinului hidrografic; acesta se poate defini ca locul geometric al punctelor de pe care apa rezultată din precipitațiile atmosferice se scurge gravitațional spre rețeaua hidrografică a bazinului. Cumpăna apelor unui bazin hidrografic trecând prin punctele cele mai înalte (culmi de munți, coline, dealuri) aparține și bazinelor învecinate. La un curs de apă se poate stabili bazinul hidrografic corespunzător profilului de închidere (secțiunea de vărsare), cât și cel corespunzător unui profil oarecare de pe cursul respectiv, în care poate exista un post hidrometric, o confluență, o captare de apă, o derivație, un lac de acumulare etc.

2.6.2 Delimitarea subbazinelor și a zonelor interbazinale

Linia cumpenei apelor delimitează prin proiecția orizontală suprafața bazinului hidrografic. După modul cum se realizează transportul apelor de scurgere dintr-un bazin hidrografic în albia cursului principal, se stabilesc două categorii de zone și anume:

– subbazine hidrografice, de pe care scurgerea este transportată concentrat prin intermediul unei rețele secundare de scurgere (afluenți) în cursul principal;

– zone interbazinale, de pe care transportul scurgerii se realizează pe întreaga lungime a frontului de contact dintre zone și cursul principal de apă.

2.6.3 Obținerea bazei de date privind bazinul hidrografic

Pentru obținerea bazei de date privind bazinele hidrografice se creează în ArcGIS stratul shp-file cu spațiul hidrografic Uz și unde vom genera suprafețele, panta medie pe fiecare bazin.

Figură 24 – Subbazinele hidrografice ale râului Uz

2.6.4 Metode pentru determinarea suprafeței bazinelor hidrografice

Pentru delimitarea bazinelor de scurgere trebuie definite mai întâi secțiunile de închidere ale acestora. De obicei aceste secțiuni de închidere corespund locației stațiilor hidrometrice dacă se dorește modelare hidrologica cu calibrare a unor subbazine de scurgere. Secțiunile de închidere pot să fie localizate și în secțiunea unui lac de acumulare sau în altă locație funcție de scopul delimitării bazinelor. Indiferent de semnificația ei, o secțiune de închidere este reprezentată printr-un punct vectorial. Acest punct se poate situa de-a lungul unei vai (a unui sir de celule din acumularea scurgerii cu valori mari) ceea ce înseamnă că se poate utiliza secțiunea de închidere ca atare sau în apropierea unei vai , ceea ce necesită o relocare cu ajutorul instrumentului Snap Pour Point. Indiferent de situație atunci când se dorește delimitarea simultan a mai multor subbazine este recomandată rularea acestui instrument pentru a fi siguri că secțiunile de închidere ale bazinelor sunt de-a lungul văilor de scurgere a apei. În caz contrar nu va fi posibila delimitarea bazinală.

Odată determinate toate rezultatele precedente se poate rula instrumentul Watershed pentru delimitare bazinală. În urma rulării acestui instrument vor rezulta subbazinelor de scurgere în format raster.

După obținerea subbazinelor de scurgere în format raster este necesară conversia acestora în format vectorial sub forma de poligoane, utilizând instrumentul Raster to Polygon din ArcToolbox:

Conversia formatului subbazinelor de scurgere este necesara în continuare în prelucrările de geoprocesare prin care se obțin parametrii hidrologici: lungime hidraulica, timp de concentrare.

2.6.4.1 Epura bazinului hidrografic

Epura bazinului hidrografic este o reprezentare grafică prin intermediul căreia este redată variația mărimii suprafeței bazinului în raport cu lungimea cursului de apă principal.

Pentru trasarea epurei bazinului se ia un sistem de axe rectangular în care se reprezintă la scări convenabile, pe ordonată, lungimea cursului principal, pe abscisa pozitivă și pe abscisa negativă. Epura bazinului hidrografic permite determinarea suprafeței de bazin hidrografic aferentă oricărui profil de închidere situat între izvor și vărsare, profil în care poate exista un post hidrometric sau se proiectează o lucrare hidrotehnică. Din această epură se observă că suprafața drenată a bazinului hidrografic crește pe măsură ce profilele de închidere se situează către avalul cursului de apă.

Mărimea suprafeței bazinului hidrografic prezintă importanță în stabilirea volumului de apă al râului și are o influență directă asupra formării scurgerii, determinând diferențieri calitative și cantitative în structura regimului, astfel:

– la formarea debitelor maxime provenite din scurgeri, odată cu creșterea suprafeței bazinului hidrografic, scade probabilitatea acoperirii integrale cu precipitații;

– la scurgerea minimă, alimentarea subterană crește cu suprafața bazinului.

Suprafața unui bazin hidrografic se manifestă ca un regulator al scurgerii și anume: odată cu creșterea suprafeței bazinului se produce o regularizare a repartiției scurgerii anuale.

2.6.4.2 Obținerea automata a suprafeței cu ajutorul tehnicilor G.I.S

Obținerea automată cu ajutorul tehnicilor G.I.S., presupune necesitatea datelor spațiale în format corespunzător cu softurile utilizate. Pentru determinarea superfeței bazinului din figura 1 s-a folosit un fișier de tip shapefile ce conține limita subbazinelor și respectiv a bazinului hidrografic si pe baza căruia s-a calculat suprafața .q1

Figură 25 – Calculul automat al suprafeței bazinului în ArcGis

Figură 26 – Grafic suprafața bazinelor hidrografice

Urmare a aplicării tehnicilor software G.I.S – am obținut tabelul cu baza de date privind caracteristicile subbazinelor hidrografice.

Tabel 2 – Subbazine hidrografice

Pentru o reprezentare în funcție de suprafața bazinului hidrografic am realizat un grafic prezent în figura 27.

Figură 27- Grafic privind suprafața bazinelor hidrografice

2.6.5 Lungimea bazinului

Lungimea bazinului hidrografic L se definește ca fiind distanța măsurată de la vărsarea cursului principal până la cumpăna apelor (obârșia cursului). În cazul unor bazine asimetrice sau cu aspect curbat, lungimea bazinului hidrografic este dată de linia mediană a bazinului (locul geometric al punctelor aflate la mijlocul distanței dintre versanții opuși).

2.6.6 Lățimea medie a bazinului hidrografic

Lățimea medie a bazinului hidrografic B se determină prin calcul, ca fiind raportul dintre suprafața și lungimea bazinului.

– unde F este suprafața bazinului hidrografic, km2; L, lungimea liniei mediane a bazinului hidrografic, km.

Lungimea și lățimea medie a unui bazin hidrografic reprezintă două caracteristici foarte importante a căror cunoaștere este necesară la prevederea volumului și a amplitudinilor viiturilor. Cu cât lățimea medie a bazinului este mai mică și lungimea mai mare (bazin de formă alungită), cu atât amplitudinea viiturilor va fi mai redusă.

2.6.7 Forma bazinului hidrografic

Geometria suprafețelor bazinului hidrografic este extrem de variată și numai cu abateri ar putea fi asimilată cu figuri geometrice cunoscute.

Figură 28 – Curba hipsometrică a bazinului hidrografic

Notațiile folosite în figura 28: H1 este cota curbei de nivel de cea mai înaltă altitudine, m; ∆H, echidistanța curbelor de nivel, m; C1 și C0 sunt cotele de pe cumpăna apelor, cea mai înaltă, respectiv cea mai joasă [m]; fi , suprafețele parțiale cuprinse între curbele de nivel de ordinul “i”, i = 1,2,…,n km2.

2.6.8 Altitudinea medie

Se calculează după planul de situație cu curbe de nivel, considerând că suprafață parțială fi, cuprinsă între curbele de nivel Hi-1 și Hi are altitudinea medie 0,5( ) Hi+1 + Hi . Altitudinea medie a bazinului se obține ca o medie ponderată cu formula:

(m)

Dacă egalăm aria cuprinsă între curba hipsometrică și axele de coordonate, cu aria unui dreptunghi având ca bază suprafața bazinului hidrografic, rezultă altitudinea medie a bazinului egală ca înălțimea dreptunghiului.

Altitudinea medie a bazinului hidrografic, indică tipul de relief în care se află acesta, după cum rezultă din următoarea clasificare convențională:

– bazine de munte (Hmed> 600 m);

– bazine de deal (200 m < Hmed ≤ 600 m);

– bazine de câmpie (Hmed ≤ 200 m);

– mixte, formate din mai multe unități de relief.

Un bazin hidrografic sau o zonă din acesta situată la o altitudine mare primești o cantitate mai mare de precipitații, are o evaporație mai scăzută și va avea o scurgere mai bogată. De obicei bazinul hidrografic al unui râu este situat în zone cu înălțimi diferite. Repartiția suprafețelor bazinului pe zone de altitudini, dată de curba hipsometrică, influențează în mare măsură regimul hidrologic.

2.6.9 Panta medie a bazinului hidrografic

Panta medie a bazinului hidrografic se determină după planul de situație cu curbe de nivel, cu ajutorul relației:

[% ]

Unde este lungimea totala a celor n curbe de nivel din bazinul hidrografic considerat.

Panta medie a bazinului hidrografic este o caracteristică cu influență mare asupra scurgerii, ea determinând o anumită viteză de deplasare a apei pe versanții bazinului, în funcție de care va rezulta intensitatea proceselor de eroziune, transport și depunerea particulelor solide din bazin.

2.7 Rețeaua hidrografica

2.7.1 Lungimea rețelei hidrografice

Lungimea totală a unei rețele hidrografice este formată din lungimea cursului principal Lp și lungimea afluenților li

[km]

Lungimea unui curs de apă (principal sau afluent) reprezintă distanța exprimată în km, măsurată în plan orizontal de la confluență spre izvor (figura 29)

Figură 29 -lungimea cursului de apă

Figură 30 – Reteaua hidrografică și stațiile hidrometrice din bazinul hidrografic UZ

Figură 31 – Grafic privind lungimea rețelei hidrografice

Măsurarea și kilometrarea se face pe teren si pe hărți la scările: 1/10.000, 1/25.000, 1/50.000 etc. în funcție de gradul de precizie dorit.

Kilometrul "0" se considera intersecția liniei țărmului cu linia talvegului (daca râul se varsă într-o zona litorala).

Măsurarea pe hărți se face cu ajutorul curbimetrului sau a compasului cu deschideri egale

2.7.2 Coeficientul de sinuozitate

Acest coeficient notat Ks reprezintă raportul dintre lungimea râului Lr măsurată după toate sinuozitățile lui și lungimea dreptei l care-i unește extremitățile

La măsurarea pe hartă a lungimilor apar erori datorită faptului că deschiderea compasului influențează exactitatea măsurătorii. În cazul în care măsurătorile se fac cu același compas, dar cu două deschideri diferite se poate folosi următoarea relație pentru calculul lungimii râului:

unde Lr este lungimea râului; l1, lungimea rezultată din prima măsurare; l2, lungimea rezultată din a doua măsurare; d1, valoarea deschiderii de compas la prima măsurare; d2, valoarea deschiderii de compas din a doua măsurare; N, scara hărții folosite.

2.7.3 Coeficientul de ramificare

Acest coeficient Kr reprezintă raportul dintre lungimea tuturor ramificațiilor (l1, l2, …,ln) ale unei rețele hidrografice inclusiv cursul principal (Lp) și lungimea cursului principal și este dat de relația:

Valorile lui Ks și Kr sunt necesare pentru studii privitoare la evoluția albiei, calculul volumului lucrărilor de dragare, a lucrărilor de regularizare a cursurilor în vederea măririi capacității de transport a acestora, atenuarea undelor de viitură etc.

2.7.4 Densitatea rețelei hidrografice

O rețea hidrografică va colecta un volum de apă mai important cu cât va avea mai multe ramificații și cu cât acestea vor fi mai lungi. Densitatea rețelei se stabilește prin măsurători efectuate pe hartă și reprezintă raportul dintre lungimea tuturor ramificațiilor (l1, l2,…,l2) inclusiv lungimea cursului principal (Lp) și suprafața care înscrie rețeaua hidrografică respectivă (F).

[ km/km2]

2.7.5 Profilul longitudinal al rețelei hidrografice

Profilul longitudinal este o reprezentare grafică a rețelei hidrografice în plan vertical, întocmită după hărți cu curbe de nivel sau pe baza unor măsurători hidro-topografice și exprimă succesiunea cotelor terenului de pe fundul văilor. Profilul conține pe abscisă lungimea în km, iar pe ordonată altitudinea în metri, a diferitelor puncte caracteristice (deasupra nivelului mării) .

Se remarcă faptul că valea de ordinul cel mai mare are cote mai mici decât văile adiacente, ceea ce permite alimentarea gravitațională prin afluxul de apă al acestora. Pantele cursurilor de apă cresc de asemenea, odată cu creșterea altitudinilor.

Figură 32-Profil longitudinal

2.7.6 Profile transversale

Profilul transversal reprezintă intersecția unui râu cu un plan vertical perpendicular pe direcția de curgere a apelor. Din punct de vedere hidrologic acest profil prezintă o importanță deosebită, deoarece în funcție de caracteristicile lui se stabilește capacitatea de curgere, repartiția vitezelor, direcția curenților longitudinali și transversali ai râurilor etc. Profilul transversal poate fi asimilat cu un dreptunghi, trapez, parabolă sau combinații ale acestor figuri geometrice. El este variabil și diferă atât de la un râu la altul cât și în lungul aceluiași râu, fiind influențat de forma și structura văii. Văile cu un profil transversal în formă de "V" sunt caracteristice formațiunilor tinere, neevoluate aflate la înălțimi mari ale cursurilor de apă precum și la râurile care străbat văile adânci în formă de chei de origine tectonică și erozivă sau epigenetică dezvoltate în calcare. În acest caz râurile au doar albie minoră îngustă și sunt lipsite complet de albie majoră. Văile mari, evoluate, cu profil transversal în formă de "U", văile trapezoidale, precum și zonele de șes, permit și formarea unor albii majore. Albia minoră caracterizată prin scurgeri permanente, este aceea prin care se scurg apele mici și mijlocii (limitată la nivelul debitelor medii multianuale). Între albia minoră și curentul de apă există o interacțiune puternică tot timpul și drept urmare apar afuieri și depuneri. Albia majoră în care se scurg apele mari în timpul viiturilor este formată din albia minoră și părțile laterale (luncile). Zonele mai ridicate, aflate deasupra nivelului apelor mari, formează terasele.

Lățimile albiilor minore și majore variază foarte mult de la un curs la altul, precum și de la un sector la altul pe același râu.

2.8 Analiza climatică și regimul precipitațiilor din bazinul hidrografic Uz

Figură 33 – localizarea posturilor pluviometrice

2.8.1 Precipitațiile atmosferice

Regimul pluviometric în bazinul hidrografic Uz este determinat de poziția geografică a regiunii și de relief astfel încât cantitatea medie anuală are valori cuprinse între 630-1000 mm, apărând diferențieri nete între sectorul inferior și cel superior al Văii Uzului. Pentru unitatea montana cu altitudini pana la 1500-1600 m cantitatea de precipitații înregistrata anual este aproximativ 1000 mm din care 650 mm cad sub forma de zăpada, aici stratul menținându-se 120-180 zile. În perioada de vegetație cantitatea medie de precipitații este de 480 mm pentru zona depresionara.

2.8.1.1 Rețeaua de puncte de măsură

Este una foarte complexă în ceea ce privesc precipitațiile și anume, în bazinul hidrografic Uz sunt prezente 4 posturi pluviometrice amplasate în diferite puncte și anume: Postul pluviometric Valea Uzului, postul pluviometric Cremenea, postul pluviometric Baraj, postul pluviometric Dărmănești, de asemenea odată cu implementarea proiectului Watman (2016) și Deswat au mai fost montate încă 6 stații pluviografice .

2.8.1.2 POSTUL PLUVIOMETRIC VALEA UZULUI

Precipitațiile înregistrare la stația Valea Uzului, pe o perioada de 20 ani ne indică cantitatea de precipitații, astfel ca avem ani cu precipitații maxime înregistrate după cum se poate observa anul 2005 cu o medie anuală de 935 mm și anul în care s-au înregistrat cele mai scăzute precipitații cu o medie anuală de 474 mm.

Figură 34 – postul pluviometric Valea Uzului

2.8.1.3 POSTUL PLUVIOMETRIC CREMENEA

Este situat aproximativ în partea centrală a bazinului hidrografic Uz media precipitațiilor anuale pe o perioadă de 20 ani cu o medie anuală maximă în anul 2010 cu o medie de 1317 mm iar media minimă anuală de precipitații este în anul 2002 cu o medie anuală de 496 mm.

2.8.1.4 POSTUL PLUVIOMETRIC BARAJ

se află situat in imediata apropiere a barajului Poiana Uzului și prezintă importanță deosebită pentru prognoză sau pentru exploatarea în siguranță a barajului. Precipitațiile maxime anuale au fost înregistrate în anii 2005 și 2010 cu valori de 1082 mm și 1022 mm cu o perioadă de revenire a precipitațiilor semnificative la 5 ani. Precipitațiile medii anuale minime la postul pluviometric baraj au fost înregistrate in anul 2000

Figură 36 – postul pluviometric baraj

2.8.1.5 Postul pluviometric Dărmănești

Aval de baraj la aproximativ 5 km există amplasată în zona urbană stația pluviometrică Dărmănești, unde precipitațiile medii anuale au înregistrat valori maxime de 935 mm în anul 2005 și cu o valoare minimă a mediei precipitațiilor multianuale de 487 mm.

Figură 37 -postul pluviometric Dărmănești

Tabel 3 – Precipitații înregistrate la stațiile pluviometrice

2.8.2 Metodologia clasică de calcul a scurgerii maxime la secțiuni fără măsurători

Viiturile reprezintă un fenomen de creștere și descreștere rapidă și semnificativă a nivelurilor, respectiv a debitelor cursurilor de apă; acestea se produc în urma căderii pe suprafețele bazinelor hidrografice a unor ploi excesiv de puternice, care adesea se suprapun pe un sol umezit de precipitațiile înregistrate anterior cu o intensitate mai mică, , prin preluarea acestor volume de apă de către rețeaua hidrografică, se formează curenți de scurgere directă cu un important potențial hidraulic.

O altă definiție a viiturilor elementare este cea formulată de care pune în centrul ei elementul meteorologic; dacă o ploaie oarecare de o durată dată formează pe suprafața bazinului dat o scurgere cu un strat de 2,54 cm, atunci hidrograful care caracterizează această scurgere, poate fi privit ca viitură elementară pentru bazinul hidrografic dat.

Prin termenul de ape mari se înțeleg fazele din viața unui râu în care scurgerea se situează la valori ridicate în general

Odată cu dezvoltarea tehnicilor moderne de calcul și complexității mari a fenomenelor hidrologice au luat naștere tot mai multe metode de modelare matematică a proceselor hidrologice.

În ceea ce privește modelarea matematică aceasta apelează la scheme logice, o serie de ecuații matematice și prin intermediul sintezelor hidrologice precum și a diverșilor parametrii ce intervin în procesul de modelare, are ca obiectiv principal scoaterea în evidență, cât mai fidel, a manifestărilor hidrologice următoare.

În ceea ce privesc primele modele, au elaborat printre primele modele hidrologice matematice de determinare a debitelor maxime, prin studierea dependenței acestora de suprafața bazinului hidrografic.

au elaborat primele studii asupra scurgerii maxime în România care au propus o sintetizare a duratei de creștere a viiturilor prin legătura lor cu parametrii morfometrici ai râurilor și a bazinelor hidrografice.

INMH a realizat și publicat o metodologie, și instrucțiuni de calcul a debitelor maxime pentru bazine hidrografice mici unde nu sunt măsurători directe asupra viiturilor.

INMH a elaborat metodologia de calcul a scurgerii maxime în bazine hidrografice mici cu principalul scop de a determina debitul maxim scurs pe bazine hidrografice mici cu suprafața sub 100 km 2 .

În metodologia elaborată, principala limitare a folosirii acestor instrucțiuni și a metodologiei la propriu este suprafața bazinului de recepție, unde se acordă foarte mare atenție pentru factorii genetici și condiționali ai scurgerii maxime.

Diverse modificări a factorilor naturali și antropici, eroziunea, noi urbanizări, împăduririle, despăduririle, pot influența bazinul hidrografic de mici dimensiuni, din cauza schimbării continue, la perioade scurte de timp.

Articol

Capitolul 3 Studiu de caz – Bazinul Hidrografic UZ

3.1 Introducere

Bazinul hidrografic UZ – este situat în partea de vest a județului Bacău, în depresiunea intramontană Comănești – Dărmănești, situat în grupa centrală a Carpaților Orientali. Suprafața totală a bazinului hidrografic este de 475 km2, aflată pe teritoriul a două județe, județul Bacău și județul Harghita.

Râul Uz izvorăște din Munții Ciucului, culmile secundare nordice, de la o altitudine de 1160 m și de varsă în râul Trotuș la o altitudine de 340, cu o diferență de nivel, între izvor și vărsare de 820 m. Izvoarele sale se află pe teritoriul județului Harghita în zona localității Eghersec, și parcurge o distanta de 46 Km, pana la vărsarea în râul Trotuș pe raza orașului Dărmănești, în dreptul cartierului Păgubeni. Dintre afluenții râului Uz, cei mai importanți sunt: Roșu, Izvorul Negru, Izvorul Alb, Bărzăuța, Bașca etc.

Figură 38 – Bazinul hidrografic Uz

3.2 Principalele unități de relief

Relieful Bazinului Hidrografic Uz prezintă o îmbinare complexă de forme, în cadrul cărora întâlnim munți de înălțime medie și mică, dealuri și depresiuni. Formele cele mai înalte de relief sunt reprezentate de munții Nemira cu vârfurile: Nemira Mare 1640 m, Nemira Țiganca 1626 m, Șandru Mare 1639 m, Osoiul 1553 m, Cărunta 1517 m. Orientarea culmii Nemira – Șandru Mare pe direcția N-S are o influență evidenta asupra direcției de curgere a pâraielor.

Străbătută de râul Uz, pe o distanță de 46 Km, Valea Uzului, prezintă următoarele forme de relief:

a)Reliefuri sculpturale de eroziune și denudație

Plaiurile (interfluvii joase și netede formate prin eroziunea liniară și laterală a apelor curgătoare, prin procesele erozive și denudaționale de pe versanți), sunt o altă forma de relief specifică zonei.

b)Reliefuri de acumulare fluvio – denudationala:

– Terase

– Albie majoră

– Glacisuri

– Conuri de dejecție

Figură 39 – Principalele forme de relief în Bazinul Hidrografic UZ

Dealurile din zonă au altitudini minime de 525 metri cum ar fi Deluceanu cu 525 metri, dealul Măguricea cu o altitudine de 527 metri sau Cărăboaia cu 561 metri.

Vatra propriu-zisă a localității Dărmănești s-a desfășurat în zona de confluența a Uzului cu Trotușul. În acest sector, valea Trotușului are un profil asimetric cu versantul stâng mai abrupt format de Munții Berzunți (982 m) și versantul drept, cu o etalare mai deschisă, amfiteatrica, rezultat al tectonicii și al procesului de acumulare fluvio – denudational.

Astfel, terenul ocupat de Dărmănești este fragmentat, cu posibilități de așezare mai ales pe terasele inferioare și de lunca. Din analizele hărților geomorfologice rezultă că relieful de acumulare fluvio – denudational are cea mai mare extensiune. Albiile majore ale celor doua râuri ce confluează aici ating lățimi de la 600 m – 1100 m pe Valea Uzului, la 1200 m – 2100 m pe valea Trotușului. În ambele cazuri depozitele de pietriș depășesc 5 – 7 m grosime, ele oferind posibilitatea formarii teraselor de lunca de 2 – 4 m si 5 – 6 m. În zona marginală a luncii s-au păstrat și unele crâmpeie de terasa inferioara, de 10 – 12 m, desfășurata mai clar la Păgubeni și pe partea dreapta a Trotușului, în aval de Dărmănești.

Prezintă apoi interes conurile de dejecție și depunerile coluviale. Dintre acestea se remarcă conul de dejecție al Uzului desfășurat în lunca Trotușului și conurile pârâului Boiștea, Plopu, Hemeiușul. Situl localității a fost influențat în mare măsura de cele doua interfluvii, dintre Uz si Trotuș, cunoscute sub denumirile Dealul Măguricea (522 m) la nord de Dărmănești și Dealul Cărăboaia (528 m) la sud. Cele doua interfluvii sunt modelate de ambele râuri față de care sunt limitate de taluzuri cu înclinări accentuate.

La partea lor superioară se pun în evidență o serie de trepte largi, podurile teraselor înalte. Dintre acestea cea mai mare extensiune o are terasa de 66 – 80 m vizibilă în interfluviile Măguricea și Cărăboaia, urmata de terasa de 95 – 110 m altitudine relativa. Treptele cele mai înalte le formează terasele de 175 – 180 m, ambele în Dealul Deluceanu (525 m) si Dealul Cărăboaia (528 m). Nivele înalte sunt folosite de așezările mici, înglobate în actualul oraș, pentru gospodarii și spații agricole. Aluvionarea activa în albia minoră cu viituri excepționale si în albia majoră, a impus măsuri de protecție prin îndiguiri.

Glacisurile – apar la contactul dintre diferite nivele de terase si la contactul versanților cu albia majora.

Conurile de dejecție aceleași contacte ca la glacisuri sunt parazitate de resturi profluviale mai mari apar la confluența pâraielor de munte cu Uzul cum sunt cele ale pârâului Izvorul Negru, Grozea, Izvorul Alb.

Platformele – forme mai înalte si mai vechi decât terasele.

– platforma inferioara – reprezentată prin martori de eroziune, asemenea unor mici podișuri. Întâlnit în Dealul Măguricea (527 m), Deluceanu (525 m), Brădet sau Cărăboaia (561 m).

– platforma mijlocie – reprezentata de Vf. Focul lui Ivan (745 m), Obcina Sălătrucului (775 m), Dealul Mare (750 m).

Declivitatea – variază la versanți între 5-50 grade, la sectoarele de lunca între 1-3 grade, iar pe interfluvii si podul teraselor valorile declivității sunt de 0-6 grade.

3.3 Geologia si utilizarea terenului

Munții Nemira reprezentativi pentru bazinul hidrografic al Uzului sunt constituiți aproape în totalitate din roci caracteristice flișului paleogen (marginal). Se evidențiază o fragmentare accentuată datorită eroziunii și tectonicii, care explică existența unor văi largi, a pasurilor și a depresiunilor înconjurătoare. Culmea principală a munților, mai înaltă cu 500-600 m față de nivelul culmilor estice, este continuă și, structural, corespunde unui sinclinal. Constituția friabilă a gresiilor a favorizat formarea ,,ciupercilor” prin eroziune eoliană, în special pe culmea principală în zona Nemira Mică-Șandru Mic-Șandru Mare. Către limita vestică predomină rocile caracteristice flișului intern, iar la limita estică se află bazinul neogen Dărmănești, din cadrul uneia dintre cele mai mari depresiuni tectonice din Carpații Orientali.

Figură 40-Utilizarea terenului în Bazinul Hidrografic UZ

Subsolul munților Nemira în zonele valea Dofteana-valea Ciunget, Slănic-Moldova și Poiana Sărată, conturat de depozite terțiare vechi, este foarte bogat în substanțe minerale. Apele pluviale și cele provenite din topirea zăpezilor se scurg în subteran, circulând prin straturile de gresie și șisturi disodilice pentru ca apoi să apară la suprafață în disoluții bogate în diferite săruri minerale, îmbogățite cu bioxid de carbon și devenind carbogazoase. În aceste zone sunt inventariate peste 30 de izvoare minerale, cu o mineralizare foarte complexă, asemănătoare totuși între ele ca geneză și compoziție chimică.

Spre depresiunea Dărmănești, în zonele Dărmănești, Dofteana și Slănic-Moldova se găsesc importante zăcăminte de petrol, gaze naturale și gaze de sondă. Perimetrul petrolifer este continuat în zona paleogenului carpatic de la limita estică a munților și dincolo de ea. Impunându-se prin formă și dimensiune, culmea principală, în lungime de aproximativ 30 km (pe cumpăna apelor 32 km), domină zonele vecine cu cele trei vârfuri ale sale de peste 1600 m – Nemira Mare, Nemira Mică și Șandru Mare. De la limita nordică, Valea Uzului, aflată în acest punct la altitudinea de 500 m, culmea principală își păstrează aproape riguros direcția nord-sud până la limita sudică (Pasul Oituz – 866 m). Urmărind în acest sens culmea, se întâlnesc vârful Farcu Mic (1364 m), vârful Farcu Mare (1498 m) și, cel mai înalt vârf, Nemira Mare (1649 m) – pătrunzând în zona de gol alpin a rezervației naturale denumită, “Plaiurile și stâncăriile Nemirei", care se întinde pe o suprafață de 671 ha. Culmea coboară ușor în Șaua Nemirei, trece prin vârful Nemira Mică (numit de localnici și Nemira Țiganca, 1629 m), de asemenea cu vegetație ierboasă și stâncării, apoi urcă în al doilea vârf, ca înălțime, Șandru Mare (1640 m), aflându-se exact la jumătatea sa. Din vârful Șandru Mare culmea coboară treptat până la Pasul Oituz, trecând prin vârfurile: Ceangău (1398 m), Ghepar (1304 m), Boca (1205 m) și Mailat (1046 m).

Din culmea principală, în jumătatea nordică se ramifică, spre est, culmi prelungi de 10-13 km, cu aspect de plai și, în jumătatea sudică, culmi cu aspect de creste secundare mai scurte. Din vârful Farcu Mare se desprinde Plaiul Prihodiștei cu direcția nord-est și apoi nord și, puțin mai spre sud, Plaiul Rugetului, cu vârful Dealul Mare (909 m), care coboară spre Sălătruc. Impunătoarea înălțime de creastă Nemira Mare este originea Plaiului Ciungetului, cu înălțimea maximă de 1185 m, care se desparte la cota 978 m spre nord-est în culmea Streaja Mică, spre Dărmănești și spre est, în culmea cu vârful Baba Rea (973 m), spre Hăghiac. De sub vârful Nemira Mare, spre Șaua Nemirei, se desfășoară Muntele Cleja cu direcția est și altitudinea de 1059 m, care se termină la confluența văilor Dofteana și Doftenița. Vîrful Șandru Mare își trimite două culmi secundare spre nord-est și sud-est, spre vârful La Cireș (1063 m) și valea Dofteana, respectiv prin Culmea Căprioarei spre valea Slănicului. Din vârful Ceangău se desprinde o culme secundară cu direcția nord-est, în lungime de peste 15 km, însoțind, la 1,5—2,5 km, valea râului Slănic în partea sa sud-estică; se evidențiază pregnant vârful Muntele Mic (1269 m), cea mai mare înălțime din afara culmii principale a Nemirei, în zona estică a munților, vârful Cernica (996 m), precum și vârfurile Păltiniș (1015 m) și Cerbu (886 m), înălțimi care domină la sud stațiunea balneoclimaterică Slănic-Moldova. Din vârful Muntele Mic, spre sud, se desprinde către valea râului Oituz o ramificație cu înălțimea dominantă în vârful Caraslău (1253 m). Vîrful Boca, de pe culmea principală, trimite o mică culme secundară spre sud-est în valea râului cu același nume, Culmea Caraslău.

Cu toate că din culmea principală a Nemirei se desprind, spre est, culmi secundare întinse, unele numite chiar plaiuri, versantul estic are și abrupturi pronunțate, inaccesibile, în porțiunea dintre Nemira Mare și Șandru Mare. Pe rama vestică a Munților Nemira culmile secundare sunt mai scurte în jumătatea nordică, cca 5 km, și se sfârșesc în apele râului Bărzăuța și ale pârâului Apa Roșie, delimitate tranșant de afluenții acestora, care își au obârșia în porțiunea dintre Nemira Mare și Șandru Mare de pe culmea principală. Un exemplu îl formează Muntele Chilișca (1430 m). În jumătatea sudică, la sud de vârful Șandru Mare, se desprinde o singură culme secundară, apreciabilă ca lungime – 15 km – ce trece prin vârful Capul Vitei (1435 m), vârful Mihalt (1304 m), vârful Negru (1203 m) și cotele 1117 m și 948 m sfârșind lângă localitatea Lemnia. Din vârful Negru se formează, spre vest, o variantă prin șaua dintre obârșiile pâraielor Apa Roșie ce-și poartă apele spre nord și Lemnia, spre sud, prin Vârful lui Paul (1179 m) către obârșia pârâului Apa Lină și apoi în afara limitei vestice a munților. Din ultimul vârf mai important aflat pe culme înainte de Pasul Oituz (vârful Mailat), spre sud, o culme secundară sfârșește la nord de localitatea Brețcu.

Culmea principală a Munților Nemira este în cea mai mare parte, cu unele excepții pe porțiuni în care pădurea apare sporadic, lipsită de vegetație arborescentă, golul de munte (alpin) facilitând o vizibilitate aproape în toate direcțiile.

Din punct de vedere geologic, în bazinul Uzului pot fi diferențiate doua zone:

a) zona flișului cretacic si paleogen foarte răspândita si care ocupa toata zona montana;

b) zona neogena întâlnita in sectorul inferior al văii, respectiv depresiunea postectonica intramontană Dărmănești.

Din schița de harta geologica, se pot separa în ordinea vechimii și stratificării lor următoarele formațiuni geologice:

a) pânza flișului curbicortical : formata din depozite de fliș cretacic inferior si creatic superior cuprinzând:

gresii calcaroase si marnoase, marne verzi si cenușii.

b) pânza șisturilor negre: șisturi argiloase, gresii silicioase cu intercalații de șisturi negre, argile roșii si verzi.

c) pânza de Tarcau: alcătuita din depozite cretacice și paleogene răspândite neuniform;

Unitatea marginală: alcătuită în general din depozite creatice, paleogene și miocene, reprezentate prin conglomerate și șisturi verzi, prin gresii calcaroase, argile verzi si albe.

În alcătuirea și structura geologică a geosinclinalului Carpaților Orientali se disting mai multe unități cu caracteristici diferite

unitatea munților vulcanici este reprezentată prin roci vulcanice dure (granite, andezite, bazalte, etc), rezistente la eroziune, care apar în relief prin forme masive și înalte;

unitatea cristalino-mezozoică reprezintă o fâșie continuă, situată la est de zona vulcanică. Șisturile cristaline rezultate din rocile metamorfice cu intensități diferite (amfibolite, gabrouri, sericitoșisturi, micașisturi, cloritoșisturi, cuartite, calcare cristaline, etc.) sunt de asemenea roci dure și au impus în relief forme înalte și greoaie;

unitatea de fliș reprezintă extinderea cea mai mare din cadrul zonei muntoase a bazinului hidrografic Siret. În relief, se pune în evidență prin aliniamente de culmi, prelungi, formate, în principal, pe gresii și marne dispuse într-o structură puternic cutată și șariată;

subcarpații sunt alcătuiți din roci "de molasă" mai puțin dure (nisipuri, argile, gresii), dispuse într-o structură cutată și șariată peste bordura de vest a Platformei Moldovenești;

podișul Moldovei, se dezvoltă pe o structură monoclinală mascată la contactul vestic cu depozite deltaice, în mare parte înlăturate de eroziunea ulterioară. Rocile sunt în general friabile: argile, nisipuri, marne, uneori gresii calcaroase slab – potrivit cimentate.

3.4 Caracteristici Climatice

Clima Văii Uzului raportată la întreaga suprafață a bazinului hidrografic al acestui râu permite sesizarea mai multor nuanțe climatice, factorii majori care au introdus această varietate fiind în primul rând localizarea geografica, complexitatea reliefului, și principalele componente de circulației generale a atmosferei.

Clima în partea vestică a orașului Dărmănești este cea specifica munților de altitudine mijlocie din Carpații Orientali, iar în E corespunzător Depresiunii Dărmănești este un climat de depresiune (climat de adăpost).

Media anuala a umidității aerului este 76%. În interiorul depresiunii datorita construcțiilor și industriei se constata valori mai mici ale umezelii relative 60-70%, pe când în unitatea montana valorile ajung la 80-84%.

Nebulozitatea : este influențata de relief care joaca un rol de moderator la maselor de aer si al fronturilor.

În depresiune, datorită adăpostului oferit de zona montana, aerul are caracter descendent, deci duce la destrămarea norilor.

Precipitațiile atmosferice: regimul pluviometric este determinat de poziția geografică a regiunii și de relief astfel încât cantitatea medie anuală are valori cuprinse între 630-1000 mm, apărând diferențieri nete între sectorul inferior și cel superior al Văii Uzului. Pentru unitatea montană cu altitudini pana la 1500-1600 m cantitatea de precipitații înregistrată anual este aproximativ 1000 mm din care 650 mm cad sub forma de zăpada, aici stratul menținându-se 120-180 zile.

În perioada de vegetație cantitatea medie de precipitații este de 480 mm pentru zona depresionară.

Regimul eolian: aceasta este determinată de caracterul și frecvența sistemelor barice și de procesele circulației atmosferică, precum și de poziția munților. Direcția predominanta este V cu o frecventa de 33.9% urmată de S-V cu frecventa de 17.1 %, apoi S-E cu 10.5 %, si cele din N cu 5.3%. Viteza medie a vântului este de 2.7 % m/sec., însă ca o curiozitate a zonei viteza cea mai mare. O au vanturile din N si N-V si nu vanturile predominante din V. Acestea ating uneori viteze de 20 m/sec.

Clima munților Nemira este specifică munților cu altitudine mijlocie din Carpații Orientali. Durata medie anuală a strălucirii soarelui este de 1800 ore/ an – la înălțimi de peste 1300 m ajungând la 1900 ore/an, iar în văi și bazine depresionare se reduce sub 1800 ore/an – datorită plafonului de nori, stratiformi, aflat uneori în această zonă sub 1300 m. Nebulozitatea (stabilită în sistemul 0—10), are valoarea de 6,5-7 în. ianuarie și 6-6,5 în iunie, iar în zonele mai înalte (peste 1 300 m) scade cu cca o unitate; în perioada iulie-octombrie are valori chiar sub 5.

Temperatura medie anuală oscilează între 3°C, crescând către est (Depresiunea Dărmănești) și 7° – 8°C. Temperaturile sub 0°C pe culmea munților persistă aproximativ șase luni din an, primul îngheț are loc în septembrie, iar ultimul la începutul lunii mai. Anotimpul rece, sub -5°C, durează cca 160 de zile. Temperatura medie în timpul verii este de 17°C la altitudini de peste 1000 m. Primăvara și toamna regimul termic este moderat, neexistând amplitudini mari de la o lună la alta. Se produc, totuși, frecvent, inversiuni termice.

Vânturile din vest au cea mai mare frecvență în toate anotimpurile, cu valori maxime în timpul verii, ajungând la 40%. Viteza lor medie este de peste 3 m/s. Vara, vânturile din est sunt uscate și calde, iar iarna foarte reci (Crivățul); o ramură locală a Crivățului, rece și uscat, trece peste Carpații Orientali în această zonă și este numit de localnici Nemira (după denumirea vârfului dominant al culmii principale). Masele de aer care înaintează dinspre vest produc precipitații în special în zona înaltă a munților Nemira. Vântul de nord se resimte iarna și primăvara, iar cel de nord-vest la sfârșitul primăverii și vara.

Regimul pluviometric, corelat cu regimul termic și cel eolian, este caracterizat prin: umiditate relativă de 72-80%, precipitații medii anuale de 900-1100 mm/an (luna cea mai ploioasă este iunie, cu 160 mm). La altitudini de 1200—1300 m din totalul precipitațiilor aproximativ 650 mm cad sub formă de zăpadă și timp de peste 120 zile/an un strat gros de zăpadă acoperă solul.

În concluzie, se poate afirma că în munții Nemira se pot practica (cel puțin șapte luni pe an): turismul balneoclimateric și de agrement, drumeția, turismul itinerant, sporturile de iarnă. Pentru turismul montan este recomandabilă perioada iulie-octombrie.

3.5 Dinamica Vegetației prezente în Bazinul Hidrografic UZ

Vegetația munților Nemira este caracteristică ramurii răsăritene a Carpaților românești, geosistemului numit Carpații Orientali, cu particularitățile introduse de climă, compoziția rocilor și a solurilor și în special, de altitudine. Dintre cele patru etaje vegetale prezente în Carpații României (alpin, subalpin, boreal și nemoral) doar ultimele două sunt reprezentate predominant în Munții Nemira: etajul boreal (al molidișurilor) și etajul nemoral (al pădurilor de foioase), diferențiat prin două subetaje (făgete în amestec cu rășinoase și făgete pure).

Pădurile acoperă, de regulă, suprafețele cu altitudini de peste 600 m: etajul molidișurilor constituit din molid (Picea excelsior) și brad (Abies alba) la altitudini de peste 800—900 m, la limita inferioară apărând în amestec fagul (Fagus silvatica) și etajul făgetelor aflat sub limita menționată, constituit din fag pur sau în amestec cu carpenul (Carpinus betulus). Uneori, în acest ultim etaj apare paltinul (Acer pseudoplatanus) și gorunul (Quercus petraea) spre limita inferioară. Etajul boreal în Munții Nemira prezintă și excepții, astfel: unde au loc inversiuni termice apar și inversiuni de vegetație, limita naturală minimă a coniferelor este depășită, iar fagul urcă peste limita sa cu 200-300 m. Se semnalează cazul arboretului de gorun de pe valea Uzului (punctul la Chibritărie), care se întinde până la altitudinea de 1000 m.

Cele mai bogate pășuni alpine sunt în golurile de munte ale munților Nemira, la peste 1500 m; se pășunează 4-5 luni pe an. Acestea sunt ocupate de diferite specii de păișuri (Festuca pseudovina, F. supina, F. sulcata, F. longifolia), trifoiul de munte (Trifolium montanum), țepoșica (Nardus stricta), iarba vântului (Agrosetum tenuis) ș.a. Frecvent se întâlnește afinul (Vaccinium myrtillus, V. uliginosum) care se culege în special pe Muntele Șandru. Golurile montane datorate defrișărilor sau cele din zonele de pădure distruse de vânturile catabatice sunt ocupate de arbuștii fructiferi: zmeurul (Rubus idaeus), care se recoltează în cantități impresionante (zeci de tone anual) din zona versanților vestici ai munților (valea Țiganca, Valea Mare) și murul (Rubus hirtus). Trebuie amintită și vegetația de stâncă, din zona foarte înaltă a culmii principale, cu diferite specii saxicole.

În pășuni se întâlnesc numeroase plante cu flori, dintre care menționăm: Sînziene de munte (Asperula capitata), garofița (Dianihus gelidus, D. tenuifolius), romanița de munte (Arthemis carpatica), coada șoricelului (Achillea schurii), clopoței (Campanula alpina) ș.a., iar în poieni se mai remarcă margarete (Chrysanthemum leucanthemum) și multe altele.

La altitudini mai mici (700-500 m) se întâlnesc alți arbuști fructiferi: alunul (Coryllus arelana), cornul (Cornus mas), măceșul (Rosa canina) și porumbarul (Prunus spinosa). Plantele ocrotite de lege se pot întâlni în zona superioară, spre culmea Nemirei, a văilor Slănic, Dofteana, Izvorul Alb, Izvorul Negru: papucul doamnei (Cypripedium calceolus) și sângele voinicului (Nigitella nigra, N. rubra); în locurile stâncoase și greu accesibile, mai rar întâlnită – floarea de colț (Leonlopodium alpinum).

3.6 Solurile în Bazinul Hidrografic UZ

În general, solurile din Bazinul Hidrografic UZ sunt favorabile vegetației forestiere, în partea Centrală și Sud – Estică pe forme de relief cu fragmentare și energie mică, în condițiile unei fertilizări corespunzătoare, iar terenurile sunt favorabile culturilor agricole. În depresiunea intramontană se găsesc soluri brune de pădure, soluri brune acide, soluri brune montane și soluri brune de luncă.

Figură 42 – Solurile în Bazinul Hidrografic UZ

După cum putem observa în harta solurilor în bazinul hidrografic Uz întâlnim mai multe clase și tipuri de sol cum ar fi: LUVISOL, CAMBISOL, SPODISOL, ANTRISOL, HIDISOLURI si suprafețe acoperite cu apă. Din clasa LUVISOL fac parte următoarele tipuri de sol: Luvosol, si Alosol, din clasa CAMBISOLURI: Eutricambosol și Districambosol, din clasa SPODISOLURI: Prepodzol din clasa ANTRISOLURI: Aluviosol si Erodosol, din clasa HIDRISOLURI Stagnosol.

Sunt prezente soluri care are fertilitate și umiditate mai mare, fiind propice culturilor de câmp. Aceste soluri se folosesc pentru agricultură, legumicultură, plante furajere și pentru pășuni. Solurile aluviale carbonatice sunt mai fertile.

Figură 44 – Grafic privind solurile din bazinul hidrografic UZ

După cum putem observa în graficul de mai sus, generat din harta solurilor (figura 42) în Bazinul hidrografic al râului Uz, sunt prezente nouă tipuri de sol. Din suprafața totală a tipurilor de sol o suprafață importantă este ocupată de tipul de sol Disticambosol cu un procent de 47,72 % urmat de Eutricambosol 25,63 %, Prepodzol 10,4 %, Aluviosol 7,31 %, Luvosol 4,66 %, Stagnosol 2,75 %, Ape 1,47, Erodosol 0,12%, Alosol 0,3%, .

3.7 Fauna prezentă în Bazinul Hidrografic UZ

Fauna spontană din regiune aparține și ea provinciei central europene cu cele 2 subprovincii:

– subprovincia carpatica a pădurilor de rășinoase;

– subprovincia pericarpatica a pădurilor de foioase;

Pădurile din sectorul străbătut de Uz din cadrul Carpaților Orientali sunt populate în primul rând cu mamifere. Dintre acestea au răspândire mai mare următoarele: cerbul, ursul, lupul, râsul, căprioara, mistrețul, veverița, pisica sălbatica.

Dintre pasări găsim: cocosul de munte, mierla, forfecuța, pițigoiul, ierunca, turturica, graurul, ciocănitoarea.

De un interes deosebit este fauna acvatică care cuprinde păstrăvul indigen(Salmo trutta fario) prezent pe Uz, cleanul și mreana.

Marea valoare piscicolă a lacului Poiana Uzului constă în popularea sa cu o specie de păstrăv obținută din încrucișarea păstrăvului indigen cu păstrăvul curcubeu.

Ca și în ceilalți munți, fauna munților Nemira este, în parte, diferențiată de condițiile de vegetație și de etajele vegetale. Astfel, în zona coniferelor mamiferele sunt reprezentate prin urs (Ursus arctos), cerb (Cervus elaphus, C. carpathicus), rîs (Linx linx) numit și ,,pantera Carpaților", jderul de scorbură (Marles marles) s.a., păsările prin cocoșul de munte (Tetrao urogallus), mierla (Turdus merula), forfecuța (Laxia curvirostra), pițigoiul de brădet (Parvis ater), aușelul (Regulus regulus) ș.a., reptilele prin șopîrla de munte (Lacerta vivipara), tritonul de munte (Triturus alpestris), salamandra (Salamandra salamandra) ș.a.

În zona pădurilor de foioase mamiferele sunt reprezentate prin urs, cerb, lup (Canis lupus), vulpe (Vulpes vulpes), căprior (Capreolus capreolus), iepure (Lepus europeus), viezure (Meles meles), mistreț (Sus scrofa), pisică sălbatică (Felis silvestris), vevoriță (Sciurux vulgaris), pîrș (Glis glis) ș.a., păsările prin privighetoare (Luscina megarhynchos), sturz (Turdus viscivorus), ciocănitoare de munte (Picoides tridactylus) ș.a., reptilele prin șarpele orb (Anguis fragilis), șopîrlă (Lacerta agilis), gușter (Lacerta viridis), ș.a.

Apele de munte Slănic, Dofteana, Uz, Izvorul Negru, Bărzăuța ș.a. sunt populate cu păstrăv indigen (Salmo trutta fario). În apele lacului de acumulare Poiana Uzului a fost aclimatizat păstrăvul curcubeu sau american (Salmo irideus șarta), ca și în apele Slănicului. La Slănic-Moldova se află o importantă păstrăvărie, unde se colectează și icrele, iar pe valea Bărzăuța și valea Slănic sunt amenajate toplițe. Prezintă interes cinegetic cerbul, căpriorul, ursul, mistrețul, jderul, lupul, vulpea, iepurele, cocoșul de munte, iar pentru pescari, păstrăvul.

Figură 45 -Păstrăv indigen

3.8 Hidrografia

a) Apele subterane se încadrează în macroregiunea orogenului carpatic. În această zonă straturile acvifere sunt întinse și relativ bogate, fapt datorat regimului precipitațiilor destul de abundent, ceea ce duce la existenta unui bilanț hidrografic pozitiv. Pânzele freatice participă în proporție de 30% la alimentarea rețelei hidrografice superficiale mai ales în sectorul montan, și mai puțin în depresiune.

b) Apele curgătoare – aflat în cea mai mare parte, într-o zonă montană cu precipitații ce depășesc 7-800 mm/an, bazinul râului Uz se caracterizează printr-o densitate mare a rețelei hidrografice. Uzul si afluenții săi au sculptat continuu relieful, contribuind în foarte mare măsura la fragmentarea si energia actuala a acestuia.

Figură 46 – Rețeaua hidrografică din bazinul hidrografic UZ

Valea Uzului traversând formațiuni geologice diferite ca duritate, se prezintă ca o succesiune întreagă de bazinete depresionare și sectoare cu aspect de defileu. Aceste defilee sunt însoțite de grohotisuri enorme, așa cum se poate observa pe versantul situat între Bărzăuța (afluent de dreapta al Uzului), și cascada Nasolea Mare (de pe Uz).

Râul își croiește drum printre munții bine împăduriți, zone în care și-a creat defilee deosebit de frumoase. Dintre afluenții mai mari si amintim:

– pe partea dreapta – Bărzăuța (26 km ), Izvorul Negru, Tulburea, Basca, Groza, Izvorul Alb (acum se varsă în lacul de acumulare "Poiana Uzului").

– pe partea stânga – în cursul superior primește Eghersecul, Oregul, Rata, Șovetul, Magherusul, Copuria.

Râul UZ drenează un bazin hidrografic de 468,61 Km2, cuprinzând un număr de 33 de cursuri de apa mai importante si afluenți mai mici cu o lungime totală de 227,357 Km.

Tabel 4 – Râurile bazinului hidrografic UZ

Din punct de vedere al salubrității apei, râul Uz se încadrează în categoria 1 de salubritate, cu grad de curățenie de 96-99%, este transparentă, fără culoare, fără miros și cu un conținut de oxigen ce variază între 9-14 mg/l.

c)Apele stătătoare – reprezentate prin lacuri de baraj natural si lacuri artificiale.

Lacul Bălătău, care se afla la 3 km de confluență cu râul Uz s-a format în urma unei alunecări masive de roci slab cimentate in grosime de 30-40 m, pe o panta de 30 de grade, barând albia pârâului Izvorul Negru, în punctul numit "Rupturile de la Focul lui Ivan".

Figură 48 – lacul natural Bălătău

Lacul "Poiana Uzului" este un lac antropic și se află pe Uz la intrarea acestuia în depresiunea Dărmănești. Lacul a fost creat cu scopul alimentării cu apă, și subordonat pentru hidroenergie, și preluare de viituri.

Figură 49 – Barajul Poiana Uzului

Capitolul 4 Aplicarea modelelor hidrodinamice și calibrarea acestora

4.1 Introducere

4.2 Aspecte generale privind modelele hidrodinamice

Modelarea hidrodinamică a sistemelor, modelare hidrologică și modelare hidraulică, reprezintă o importanță deosebită, pentru calculul și studierea cantitativă a debitelor în râuri, fiind o abordare relativ nouă și prezintă o preocupare permanentă a cercetării științifice, cu o aplicabilitate într-un spectru foarte larg în ceea ce privește gestionarea durabilă a resurselor de apă.

În contextul dezvoltării durabile și a schimbărilor climatice, studiul cercetărilor cantitative ale debitelor, constituie una din problemele de mare actualitate, pentru care s-au realizat numeroase modele atât hidrologice cât și hidraulice, având ca principal scop analiza cantitativă, și prevenirea efectelor negative ale inundațiilor.

Modelele de tip matematic, așa cum reiese, după , pot fi, în raport cu modul de reprezentare a sistemelor de cercetare : stohastice sau deterministe, globale sau distribuite, respectiv conceptuale sau empirice.

Modelul HEC-1 (Hydrologic Enginering Center), ca și program geoinformațional, a fost dezvoltat de către un grup de cercetători ai Hydrologic Engineering Center (HEC) în anul (1967), prima versiune a programului fiind publicată un an mai târziu. HEC-1, (Flood Hydrograph Package), program software care a fost inițial și dezvoltat în 1967 de către Leo R. Beard și alți membri ai personalului Centrului de Inginerie Hidrologică (HEC). Prima versiune a programului HEC-1 a fost publicată în octombrie 1968.

A fost extins, revizuit și publicat din nou în 1969 și 1970. Prima versiune a pachetului a reprezentat o combinație de mai multe programe mai mici care anterior fuseseră operate independent. Aceste programe software sunt încă disponibile la HEC ca programe separate.

Versiunea din 1990 a HEC-1 a reprezentat îmbunătățiri și extinderi la sistemul hidrologic, capabilități de simulare împreună cu interfețe ale sistemului de stocare a datelor HEC, DSS.

Întregul pachet HEC-1, inclusiv interfața DSS, au fost puse la dispoziție pe minicomputere PC și HARRIS. Funcția DSS a permis stocarea și recuperarea datelor pentru alte programe de calculator, precum și pentru crearea de grafică și tabele de calitate a rapoartelor.

Modelul HEC-1 a fost conceput pentru a simula scurgerea de suprafață a unui bazin hidrografic unde s-au înregistrat precipitații, reprezentând bazinul ca un sistem interconectat hidrologic și hidraulic. Fiecare componentă modelează un aspect al procesului de precipitare-scurgere într-o porțiune din bazin, denumit în mod obișnuit sub-bazin. O componentă poate reprezenta o entitate de scurgere de suprafață, un flux canal sau un rezervor. Reprezentarea unei componente necesită un set de parametri care specifică caracteristicile particulare și relațiile matematice care descriu relațiile procesului fizic. Rezultatul procesului de modelare este calculul hidrografelor fluxului la nivelul dorit în diferite puncte ale bazinului.

HEC-RAS este un sistem integrat de software care efectuează calcule hidraulice unidimensionale (1D) pentru o rețea complexă de canale naturale și antropice. Sistemul este alcătuit dintr-o interfață grafică, componente separate de analiză hidraulică, capabilități de stocare și gestionare a datelor și grafică și facilități de raportare. În prezent, componentele HEC-RAS de analiză hidraulică cu debit permanent și nepermanent sunt pe deplin implementate pentru utilizare.

În urma evoluției în timp a modelelor hidrologice rezultă faptul că toate modelele, atât cele concepute înainte de dezvoltarea sistemelor geografice informaționale, cât și modelele create și dezvoltate în ultima perioadă de timp tind spre integrare G.I.S. datorită modului mai rapid și mai corect de realizare.

4.2 Modelarea Hidraulică.

4.2.1 Generalități

Procesul hidraulic de propagare a curgerii prin albie este foarte complex, în special în timpul viiturilor, datorită modului diferit de formare și variabilității condițiilor reale în care se desfășoară curgerea apei. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că rugozitatea și morfologia albiei variază foarte mult în spațiu, ceea ce face ca procesul hidraulic al propagării viiturilor să fie tridimensional, cu direcția principală de curgere în lungul cursului de apă.

Modelarea hidraulică este metoda de rezolvare a unor probleme concrete de hidraulică cu ajutorul reproducerii pe un model hidraulic a fenomenelor studiate.

Necesitatea modelării hidraulice apare la studiul unor probleme complicate care nu pot fi rezolvate prin calcul sau ale căror soluții necesită verificări experimentale.

Astfel, există trei modalități de simulare a curgerii apei în albiile râurilor:

1D – într-o dimensiune, ceea ce înseamnă că simularea se face numai pe direcția de curgere a apei. Metoda se poate folosi pentru rețele mari de râuri și perioade mari de timpi de calcul. Softurile existente sunt foarte ieftine sau chiar gratuite.

2D – în doua dimensiuni (folosită pentru calculul propagării undelor de viitura în albiile râurilor, simularea scenariilor de accidente la baraje, modelarea și introducerea în calcul a diferitelor construcții existente în albiile râurilor). Calculul se face pe direcția de curgere a apei și pe direcție normală la aceasta. Cu ajutorul acestei metode se pot rezolva următoarele probleme:

– delimitarea suprafețelor inundabile;

– determinarea vitezelor de curgere;

– calculul adâncimii și a cotei suprafeței libere a apei în orice punct;

– calculul eforturilor tangențiale de frecare;

– determinarea efectului de retenție;

– estimarea timpilor de acțiune a autorităților competente;

– scenarii de accident la baraje;

– simularea curgerii neuniforme etc.

3D – în trei dimensiuni (folosită în cazul în care vitezele verticale nu sunt neglijabile, diferența de temperatură pe verticala este semnificativă, se fac studii de mișcare a poluanților în lacuri etc.). Softurile sunt foarte scumpe și calculul cere resurse hardware foarte puternice.

4.2.2 Modelarea matematică a râurilor

Analiza cantitativă a debitelor în râuri, a fost în atenția specialiștilor încă din cele mai vechi timpuri, având în vedere gestiunea resurselor de apă, proiectarea de lucrări hidrotehnice, combaterea viiturilor, care produceau efecte negative cu impact asupra activităților umane și asupra mediului, și astfel treptat această analiză a început sa se facă în cele mai mici detalii ajungând până în zilele noastre, unde modelele matematice au fost cuplate cu cele hidraulice și hidrologice și rezultă metode si tehnici moderne de analiză într-un timp foarte scurt, si pot fi efectuate pe areale mari.

Sensibilitatea mediului și a economiilor naționale, la impactul inundațiilor devine tot mai pronunțată. În anumite țări, ca cele în curs de dezvoltare, utilizarea terenurilor în zona de captare este într-o continuă schimbare și este foarte dificil de a fi frânată. În plus datorită dezvoltării societăților urbane, comparative cu cele ce se întâmplau în trecut, când daunele produse datorită inundațiilor erau cauzate de debitele cu probabilitate de apariție de 1 la 100 de ani, azi, aceleași daune pot fi înregistrate în cazul apariției unui debit maxim cu o probabilitate de 1 la 20 de ani. Prin urmare, este absolut necesar, să se efectueze estimarea nivelurilor râurilor, debitelor, timpului de apariție și durata inundațiilor, în special estimarea debitului maxim al unui hidrograf de viitură, într-un punct de interes specificat.

Având în vedere modelele matematice bazate pe soluții numerice, și având la dispoziție debitele, precipitațiile și nivelurile avute la dispoziție, se pot elabora modele doar ale râului, în albie, numite 1D ( unu dimensionale), combinație între albia minoră, albia majoră și terenul adiacent albiei majore, numite 1D-2D ( unu dimensional combinat cu doi dimensional) sau 2D (doi dimensional).

Modelarea matematică în râuri constă în simularea condițiilor de curgere bazate pe formularea și soluționarea relațiilor matematice care exprimă ecuațiile de mișcare ale apei, în albia unui râu.

4.2.4 Ecuațiile mișcării nepermanente în albii.

4.2.5.1 Ipotezele care stau la baza modelului unidimensional

În mișcare nepermanentă viteza apei are componente și în planul secțiunii transversale a albiei, iar pentru modelarea matematică a mișcării nepermanente este necesar să se apeleze la schematizări simplificate, care să încorporeze doar aspectele cu influență esențială asupra proceselor reale și, de multe ori să se ignore cele de importanță secundară.

După ce se stabilesc ecuațiile ce modelează procesul fizic în aspectele lui principale, tratarea lor matematică sau numerică nu alterează natura fizică a procesului analizat dacă tratarea respectivă este executată corect.

De obicei se realizează o schematizare unidimensională, astfel încât curgerea nepermanentă în albii este descrisă prin evoluția în timp, în orice secțiune transversală, a două variabile dependente și anume: cota suprafeței libere a apei y (sau adâncimea apei h) și debitul Q (sau viteza medie în secțiune V). Aceste variabile dependente definesc starea mișcării în raport cu două variabile independente: poziția spațială în lungul albiei x (față de o origine aleasă convenabil) , și timpul t, ( fata de momentul apariției perturbației).

4.2.5.2 Forma integrală a ecuațiilor Saint-Venant

Pentru deducerea formei integrale a ecuațiilor Saint-Venant se consideră (fig. 50 ..) un volum de control în domeniul (x, t) delimitat de două secțiuni transversale (plasate la pozițiile x = x1 și x = x2 în lungul curentului) și încadrat între două momente consecutive de timp (t = t1 și respectiv t = t2 ).

După Cunge, forma integrală a ecuației de continuitate (conservarea masei) derivă din următorul enunț: cantitatea netă de masă intrată în volumul de control în intervalul (t1÷t2) trebuie sa fie egală cu masa volumului acumulat în volumul de control în același interval.

Egalând cantitatea de masă intrată cu masa volumului de control în intervalul (t1÷t2), rezultă forma integrală a ecuației de continuitate pentru un fluid incompresibil:

1

în care V este viteza considerată uniformă în secțiune transversală, iar A – aria secțiunii vii. V și A sunt funcții de x si t, astfel încât debitul va fi:

2

Relația (1) reprezintă forma integrală a ecuației de continuitate.

Figură 50 – Schemă pentru deducerea ecuațiilor mișcării nepermanente

Notațiile din figura 50 au următoarele semnificații :

Fp – forțe de presiune exercitate în secțiunile transversale

x1 și x2 , Fm – forțe de presiune datorate neuniformității secțiunii transversale în lungul albei,

Fg –componenta greutății proprii a masei de apă din volum, orientată după axa x,

Ff – forțe de rezistență datorate vâscozității și frecărilor la patul albiei,

zf – cota fundului albiei față de un plan de referință,

z – cota suprafeței libere a apei în canal,

h – adâncimea apei în albie,

B – lățimea la luciul apei,

ξ – adâncime oarecare a apei,

dξ – creșterea infinitezimală a adâncimii apei,

b(ξ) – lățimea albiei la adâncimea ξ

Definind cantitatea de mișcare ca produsul dintre masă și viteză, iar fluxul (sau debitul) de cantitate de mișcare ca produsul dintre debitul masic (pVA) și viteza V, forma integrală a ecuației de conservare a cantității de mișcare din volumul de control în intervalul (t1÷t2 ) trebuie să fie egală cu fluxul net de cantitate de mișcare intrat în volumul de control pe același interval, plus integrala forțelor exterioare ce acționează asupra volumului de control, pe intervalul (t1÷t2 )

Plecând de la acest enunț se obține forma integrală a ecuației de conservare a cantității de mișcare :

unde I1 si I2 sunt notații și au valorile :

și

unde S0 reprezintă panta fundului albiei și Sf –panta de frecare

Forma integrală a ecuațiilor Saint-Venant este foarte rar utilizată în aplicații practice, deoarece integrarea ecuațiilor în această formă este foarte dificilă. De cele mai multe ori se utilizează forma diferențială a acestor ecuații, mult mai ușor de aplicat practic. În paragraful următor se prezintă forma diferențială a acestor ecuații.

Ecuațiile integrale care guvernează curgerea unidimensională și nepermanentă, în schematizarea presupusă de ipotezele lui Saint – Venant. La deducerea lor s-a impus condiția ca variabilele dependente (Q sau V si h sau z ) sau mărimile hidraulice care depind de acestea (A,B,Sf etc.) să fie funcții continue și/sau derivabile și nu s-a limitat volumul de control din domeniul (x, t) la dimensiunile infinitezimale dx și respectiv dt.

Forma integrală a ecuațiilor Saint – Venant este foarte rar utilizată în aplicații practice, deoarece integrarea ecuațiilor în această formă este foarte dificilă. De cele mai multe ori se utilizează forma diferențială a acestor ecuații, mult mai ușor de aplicat practic .

Forma integrală a ecuațiilor Saint – Venant este foarte rar utilizată în aplicații practice, deoarece integrarea ecuațiilor în această formă este foarte dificilă. De cele mai multe ori se utilizează forma diferențială a acestor ecuații, mult mai ușor de aplicat practic. În paragraful următor se prezintă forma diferențială a acestor ecuații.

Ecuațiile integrale care guvernează curgerea unidimensională și nepermanentă, în schematizarea presupusă de ipotezele lui Saint – Venant. La deducerea lor s-a impus condiția ca variabilele dependente (Q sau V și h sau z ) sau mărimile hidraulice care depind de acestea (A,B,Sf etc.) să fie funcții continue și/sau derivabile și nu s-a limitat volumul de control din domeniul (x, t) la dimensiunile infinitezimale dx și respectiv dt.

Forma integrală a ecuațiilor Saint – Venant este foarte rar utilizată în aplicații practice, deoarece integrarea ecuațiilor în această formă este foarte dificilă. De cele mai multe ori se utilizează forma diferențială a acestor ecuații, mult mai ușor de aplicat practic .

4.2.5.3 Forma diferențială a ecuațiilor Saint-Venant

Aceste forme ale ecuațiilor diferențiale se deduc din formele integrale dacă se admite că variabilele dependente și mărimile influențate de ele sunt funcții continue și derivabile în raport cu variabilele independente x și t.

Prin dezvoltări în jurul valorilor de la momentul inițial t1, sau respectiv din secțiunea amonte x1) și reținând doar primii doi termeni ai acestor dezvoltări, prin prelucrări ulterioare, formele diferențiale ale ecuațiilor Saint-Venant, (după R. Popa), devin:

pentru ecuația de continuitate:

pentru ecuația de conservare a cantității de mișcare (dinamică) :

De multe ori este posibil să se obțină forme simplificate ale ecuațiilor de curgere, forme adecvate pentru modelarea mai multor situații fizice întâlnite în practica hidrotehnică. Dacă problemele analizate admit simplificări, se poate reduce efortul pentru analiza comportamentului sistemului analizat – în raport cu factorii esențiali care îl influențează

4.2.3 Descrierea modelului

Modelul hidrodinamic 1D s-a realizat, folosind software-ul HEC-RAS, dezvoltat de UASCE. Acest soft rezolvă ecuațiile unidimensionale Saint Venant, de curgere hidrodinamică, și datorită metodei de rezolvare numerică a acestor ecuații, soft-ul este aplicabil atât pentru regimurile de curgere critice, supercritice cât și mixte, și permite calculul nivelelor de apă în toate momentele intervalului de timp de calcul și în toate secțiunile transversale ale râului. Acest model permite, de asemenea, includerea în calcul a structurilor hidrotehnice existente în secțiunea râului modelat, cum ar fi existența unor praguri deversoare sau stăvilare laterale. Modelul are o interfață grafică ușor de folosit și prezintă nu doar avantajul de a fi "gratuit" ci și avantajul de a fi unul din cele mai cunoscute programe folosite pentru modelarea hidraulică 1D.

În orice modelare a inundațiilor, există multe surse posibile de eroare, referitoare la datele de intrare și implicit de ieșire, la condițiile inițiale ale modelelor matematice, la parametrii și structura modelului; cele mai importante fiind date de influența erorilor datorate măsurătorile existente referitoare la secțiunile transversale și a topografiei terenului. În termeni tehnici clasici ai zilelor noastre, reprezentarea digitală a topografiei terenului este referită ca DEM care semnifica "Digital Elevation Model" (Modelul digital al terenului).

4.2.5 Modelare 1D râu Uz

În studiul de față, pentru realizarea analizei cantitative a debitului, s-a realizat un model hidraulic unu dimensional (1D) cu ajutorul softului de modelare HecRAS, pe râul Uz, aval de barajul Poiana Uzului, în vederea analizei cantitative a debitelor, capacitatea de tranzitare a albiei și respectiv pentru evidențierea zonelor vulnerabile, existente, în situația descărcării din acumulare a unui volum mai mare de apă.

În aceasta parte a capitolului este prezentată partea teoretică și practică a modelării curgerilor 1D, prin ecuațiile fundamentale și algoritmii soluțiilor de calcul. Apoi sunt enunțate și descrise datele necesare elaborării unui model pentru o simulare 1D (datele de teren, tipurile de reprezentare grafică, structuri, rețele, noduri, condiții de margine inițiale și de margine, debite, niveluri și parametrii numerici). Odată ce datele sunt disponibile, se poate trece la elaborarea unui model hidraulic uni-dimensional.

Pentru elaborarea modelului au fost necesare o serie de prelucrări în mediul GIS :

Având în vedere că în capitolul anterior s-a creat și calibrat modelul digital al terenului, acesta va fi punctul de plecare în modelarea hidraulică. Cum am precizat mai sus în funcție de precizia modelului numeric al terenului și o reprezentare cat mai fidelă a formei terenului, rezultatele modelării vor fi precise. Pentru creșterea gradului de precizie s-au facut o serie de profile transversale prin măsurători directe, care au ajutat la calibrarea și respectiv corectarea modelului digital.

Cu ajutorul extensiei HEC-GeoRAS, care reprezintă un instrument pentru prelucrarea datelor geospațiale în ArcGIS, acesta folosește o interfață grafică (GUI), au fost create layerele specifice pentru modelare. Interfața permite pregătirea datelor geometrice pentru import în HEC-RAS și procesele de simulare a modelelor exportate din HEC-RAS.

Pentru crearea fișierului de import s-a utilizat modelul digital al terenului dar și ortofotoplanul pe zona de studiu pentru generarea layerelor specifice care vor fi importate in HEC-RAS.

Figură 51 – Modelul Digital al Terenului

Figură 52 -Hartă satelitară – ortofotoplan

Layerul River (linia râului)– reprezintă rețeaua de râu de tip linie, care va fi digitizată cu ajutorul ortofotoplanului prezent în figura 52, și va reprezenta calea de rulare a modelului hidraulic, pe baza căruia vor fi generate și profilele transversale.

Figură 53 – Creare layer river (râu)

După ce am creat layerul river automat in tabelul de atribute au fost create mai multe coloane pentru preluarea atributelor necesare

Figură 54 – Tabel atribute layer river

Layerulul banks (malurile cursului de apă) – se realizează din meniul HecGeoRAS si se digitizează ambele maluri cu funcția edit.

Figură 55 – digitizarea malurilor

Figura 56 – Digitizarea malurilor

După cum se observă în figura 56 avem acum 3 linii :

Prima linie cu albastru reprezintă layerul river.

Iar liniile roșii reprezintă malul stâng și malul drept al râului.

Crearea layrului flowpaths – acest layer reprezintă calea de rulare a modelului vom avea trei linii caracteristice:

Prima linie flowpath – channel

Figură 57 – Flowpath chanel

A doua linie: calea de rulare a modelului mal stang

A treia linie: calea de rulare a modelului mal drept

Figură 58 – tabel atribute flowpath

Crearea layerului XSCutLines – reprezintă layerul pentru generarea profilelor transversale, care poate sa se facă în două moduri: primul mod este automat necesitând doare setarea intervalului dintre profile, și lățimea profilului.

Figură 59 – Generare profile transversale

Generarea automată a profilelor :

Figură 60 – generare automată profile trnsversale

După ce au fost urmați toți acești pași de generare a stratelor tematice urmează etapa de extragere automată a datelor din modelul digital al terenului.

Figură 61 – extragerea automată a datelor privind profilele transversale

După etapa de extragere automată a caracteristicilor necesare în modelul hidraulic aceste vor fi exportate din ArcGIS-HecGeoRAS catre softul de modelare hidraulică HEC-RAS .

Figură 62 – layere pregătite pentru export în HECRAS

Datele de intrare în modelul hidraulic sunt:

Profile transversale în albia minora – aval Baraj Poiana Uzului

Modelul digital al terenului

Date hidrologice

XSCutLines3D

River3d – cu informațiile necesare

XSCutLines

Flowpath

Banks

River

4.2.6 Prezentare HEC-RAS

HEC-RAS este un sistem software integrat, conceput pentru utilizare interactivă. Sistemul este alcătuit dintr-o interfață grafică, componente separate de analiză, capabilități de stocare și gestionare a datelor, grafică și facilități de raportare

HEC-RAS este conceput pentru a efectua calcule hidraulice unidimensionale și bidimensionale pentru o rețea de canale naturale și artificiale, suprafețe / zone de inundație, zone protejate etc.

4.2.8 Interfață HEC-RAS

În programul de modelare HEC-RAS vor fi aduse toate datele necesare modelării, se va creea un proiect nou cu modelarea 1D.

După crearea noului proiect se vor seta noile date privind:

Setarea parametrilor privind curgerea permanentă.

Geometria albiei, pe care am exportat-o din ArcGIS –HecGEORas și o vom importa in HEC-RAS.

Setarea parametrilor

Figură 63 – Vedere 3D în programul HecRAS

4.2.7 Componentele de analiza a softului HEC-RAS

Componenta de analiză a cugerii permanente.

Presupune modelare 1D, în curgerile permanente cu suprafață liberă, bazat pe integrarea numerică în diferențe finite a ecuațiilor Saint-Venant.

Această componentă a sistemului de modelare este destinată pentru calcularea profilurilor de suprafață a apei pentru un debit constant, treptat, variat. Sistemul poate gestiona o rețea complexă de canale, un sistem dendritic sau o singură rază de acțiune. Componenta de curgere constantă este capabilă să modeleze profile de suprafață a apei subcritice, supercritice și cu regim mixt.

Regimul de curgerea permanent și uniform de mișcare are loc în albii prismatice rectilinii cu adâncimea h constantă, prin care trec debite constante și în care se menține aceeași rugozitate. În acest caz, panta piezometrică, J este paralelă cu panta hidraulică J și cu panta radierului i.

Pierderile de energie (sarcină) sunt evaluate prin frecare (ecuația lui Manning) și contracție / expansiune.

Pentru calculul coeficientului C, în s-au elaborat mai multe relații dintre care mai jos citez formula lui R. Manning (1890):

Ecuația impulsului este utilizată în situațiile în care profilul suprafeței apei variază rapid. Aceste situații includ calcule de regim cu debit mixt (adică salturi hidraulice), hidraulică a podurilor și profiluri de evaluare la confluențele râurilor (joncțiuni de flux).

Sistemul de flux continuu este conceput pentru a fi aplicat în managementul inundațiilor și al studiilor de inundații, pentru analiză cantitativă a debitelor etc. De asemenea, sunt disponibile capabilități pentru evaluarea modificării profilurilor de suprafață a apei din cauza modificărilor canalelor și a digurilor.

Componenta de analiză a curgerii nepermanente

Această componentă a sistemului de modelare HEC-RAS este capabilă să simuleze 1D; 2D; și combinat 1D-2D printr-o rețea completă de canale deschise, zone inundabile și tranport de sedimente. Componenta curgere nepermanentă poate fi utilizată pentru efectuarea calculelor subcritice, supercritice și cu debit mixt.

Calculele hidraulice pentru secțiuni transversale, punți, poduri, lacuri și alte structuri hidraulice dezvoltate pentru componenta de curgere constantă au fost încorporate în modulul de debit nepermanent.

În terminologia HEC-RAS, un proiect este un set de fișiere de date asociate unui anumit sistem de râu. Cel care modelează poate efectua oricare sau toate tipurile de analize, incluse în pachetul HEC-RAS, ca parte a proiectului.

Fișierele de date pentru un proiect sunt clasificate după cum urmează: datele planului, datele geometrice, datele debitului constant, datele privind debitul variabil, datele privind debitul cvasi-constant, datele despre sedimente, datele privind calitatea apei și datele de proiectare hidraulică.

După efectuarea simulărilor diferitelor planuri, rezultatele pot fi comparate simultan atât în formă tabelară, cât și grafică.

4.2.6 Calibrarea modelului – secțiuni de verificare

Calibrarea modelului hidraulic s-a efectuat în principal pe baza debitelor istorice evacuate din acumularea Poiana Uzului dar totodată acest model a putut fi calibrat chiar și la debite mai mici de până la 10 mc/s. Având o serie de date foarte precise și cunoscând fenomenul de evacuare a debitelor defluente rezultatele de calibrare a modelului au fost verificate în secțiunea cu stație hidrometrică cât și într-o sectiune calibrată a râului în raport cu valorile înregistrate de debite și niveluri.

Figură 64 -Cheie limnimetrică

Profilul transversal prin albie obținut în urma măsurătorilor.

Procesul de calibrare, constând dintr-o serie de ajustări și reluări a rulării care sa conducă la obținerea de rezultate în limitele acceptate de toleranta, a fost adaptat la disponibilul date coerente observate.

Rularea modelului s-a efectuat cu debitul de 44.4 mc/s care corespunde cotei de apărare la sh Dărmănești.

După efectuarea rulării modelului vom analiza rezultatele modelării în mod direct în softul HEC-RAS.

Secțiunea de calibrare este la profilul stației numărul 8120, la care vom urmării rezultatele cu privire la suprafața maximă a apei .

După cum se poate observa in imaginea …… rezultatul calibrării este unul foarte bun, la rularea programului la un debit de 44.40 mc/s a rezultat o cotă a suprafeței apei de 404.58 mdMN ceea ce oferă o precizie de 1 cm pe cotă, conform cu cheia limnimetrică de la stația hidrometrică Dărmănești la la debitul de 44.40 mc/s rezultă o cotă a suprafeței apei de 404.57 mdMN.

După cum putem observa în cele două profile transversale din figurile de mai sus calibrarea modelului este una foarte precisă modelul fiind fidel parametrilor naturali și caracteristicilor albiei și odată calibrat la cele 3 cote el este capabil să modeleze și sa ruleze la orice debit se dorește.

Tot pentru calibrarea modelului hidraulic și pentru o precizie cat mai mare s-a ținut cont de măsurătorile directe efectuate odată cu trasarea profilelor transversale cu GPS-ul prin măsurători RTK , prin care s-a urmărit ca si punct de măsură să se ia suprafața apei în diferite puncte, astfel la un debit defluent cunoscut am calibrat modelul pană când acesta a fost fidel cu cota măsurată.

Afișările grafice la calibrarea modelului pe râul Uz, indică o concordanta foarte bună între nivelurile oferite de model și valorile înregistrate în secțiunea Sh Dărmănești.

4.2.8 Rularea modelului

Pentru evidențierea zonelor vulnerabile și cu risc de inundații rularea modelului s-a efectuat la debite de până la 120 mc/s , constatându-se în urma rulării modelului hidraulic că acest debit este unul care asigură tranzitarea albiei în condiții de siguranță fără a produce inundații. După această analiză cantitativă a debitelor mai putem observa ca secțiunile unde sunt poduri acestea sunt subdimensionate și la deversarea din acumulare a unor debite mai mari de cele precizate mai sus există riscul ca albia sa fie obstrucționată și să iasă în albia majoră provocând inundații și implicit pagube.

4.2.8 Rezultatele modelarii hidrodinamice 1D

Figură 65 – Rezultatele modelării hidraulice

Figură 66 – Limite de inundabilitate în diferite puncte ale râului

4.4 Modelare hidrologică

4.3.1 Generalități

Atât în România, cât mai ales pe plan mondial, s-au realizat sinteze și modele de determinare a debitelor maxime și de cercetare privind analiza cantitativă a debitelor de apă în râuri, pentru diverse scopuri practice: realizarea de amenajări hidroenergetice și hidrotehnice, emiterea de avertizări și luarea de măsuri concrete de prevenirea a fenomenelor negative produse de inundații. Odată cu apariția tehnicilor de analiza cantitativă efectuate prin mediul G.I.S., modelele de analiză spațială a elementelor care influențează și condiționează propagarea undei de viitură s-au dezvoltat cu o rapiditate foarte mare datorită modalităților simple și rapide de manipulare și analiză a datelor grafice, stocate sub formă de layere tematice, dezvoltate de programele geoinformaționale.

Utilizarea tehnicilor moderne ajută la realizarea unei lucrări metodologice care să pună la dispoziția utilizatorilor de programe informaționale geografice metode și modele de extragere automată a variabilelor de intrare în ecuațiile de calcul ale debitelor maxime provenite din viituri, implementarea acestora în ecuațiile de calcul și determinarea arealelor cu risc de manifestare a viiturilor.

Modelarea, simularea și calculul debitelor în analiza cantitativă se realiza prin metode clasice de determinare a caracteristicelor morfometrice și morfografice ale bazinului hidrografic, de determinare a caracteristicilor ploilor maxime. Odată cu apariția G.I.S., procesul analiză a debitelor în râuri începe să fie automatizat.

Una dintre principalele elemente ale procesului de automatizare este complexa bază de date gestionată și analizată de către softurile geoinformaționale.

Baza de date G.I.S. se structurează sub forma layerelor (stratelor) tematice de diferite structuri, layere de tip linie pentru rețeaua hidrografică, layere de tip poligon pentru caracteristicile bazinului hidrografic, solului, vegetației, intravilanelor, layere de tip grid pentru DEM și baza de date derivate din analiza spațială a acestuia etc. Principala proprietate a bazei de date G.I.S. este aceea ca ea se poate actualiza la diferite intervale de timp sau în timp real, orice schimbare a caracteristicii unui layer schimbă întreaga structură de date derivate și rezultate, dacă acestea se află înglobate într-o structură de tip model.

Manipularea bazei de date create, prin intermediul softurilor geoinformaționale, și analiza acesteia furnizează informații numerice ale caracteristicilor (panta medie a versantului, suprafață, lungimea canalului de drenaj, lungimea rețelei hidrografice, panta medie a rețelei hidrografice, coeficienți medii de scurgere, timpi de concentrare etc), care se conturează ca date de intrare în formulele (rațională, reducțională, determinare a intensității ploii de calcul egală cu timpul de concentrare, determinare a timpilor de concentrare pentru bazinele hidrografice) de calcul ale debitelor maxime.

Aplicarea funcțiilor de tip Arc, CAD, asupra bazei de date vectoriale și raster permite realizarea de modele concrete și utile iar aplicarea programelor de analiză a distribuției spațiale și temporale ArcG.I.S, asupra datelor numerice reprezentând debitele maxime permite calculul asigurările și probabilităților de depășire sau nedepășire sau generalizarea debitelor calculate pentru un anumit teritoriu. Prin intermediul modelelor complexe de analiză spațială G.I.S. se realizează simulări de debite, volume, identificări de zone vulnerabile la apariția și manifestarea viiturilor de versant.

Procesul hidrologic de analiză cantitativă este unul deosebit de complex. Complexitatea este determinată de numărul mare de variabile antrenate în sistemul scurgerii, încă de la apariție, propagare și efecte, variabile distribuite neuniform atât spațial cât și temporal pe suprafața bazinului de recepție.

Scopul principal de realizare a modelelor, G.I.S. hidrologice, de analiză cantitativă este acela de a emite avertizări hidrologice pentru o mai bună gestionare a resurselor de apă pentru sisteme hidroenergetice, avertizare a componentei umane și luare de măsuri de prevenire și estompare a daunelor produse de viiturile catastrofale.

Analiza cantitativa a apei in râurile din zona montană si nu numai, presupune o foarte buna cunoaștere a zonei pe care se face această analiză, a metodelor folosite dar si istoricul viiturilor, precipitațiilor, temperaturilor si problemele existente la acel nivel etc. Fiecare zonă analizată, prezintă caracteristicile ei, si analiza trebuie făcută după o cunoaștere foarte buna in prealabil.

4.3.2 Aplicația software HEC-HMS

Sistemul de modelare hidrologică (HEC-HMS) este conceput pentru a simula procesele de ploaie-scurgere a sistemelor de apă. Acest sistem înlocuiește HEC-1 și oferă o varietate similară de opțiuni, dar reprezintă un progres semnificativ atât în domeniul informaticii, cât și al ingineriei hidrologice și hidrotehnice.

HMS- (sistem de modelare hidrologica) este desemnat să simuleze toate procesele hidrologice din sistemul ramificat al bazinului hidrografic. Programul include multe analize hidrologice folosite în mod curent (uzuale), simularea proceselor de infiltrație, hidrograful unitar (hidrograful unitar care rezultă dintr-o precipitație de valoare unitară căzută pe un bazin într-un timp infinit de scurt), direcția de scurgere sau ruta hidrologică. HEC-HMS include de asemenea procedeele necesare pentru simularea continuă ce include evapo – transpirația, dezgheț, și umiditatea din sol. Prezintă capabilitate puternică de asemenea furnizate pentru simulare scurgerile grilate utilizând scurgerile lineare cvasi-distribuite.

Instrumente de analiză suplimentare sunt furnizate pentru optimizarea modelului, supraexploatare de prognoză, reducerea adâncimii zonei, evaluarea modelului de incertitudine, eroziune și sedimente de transport, precum și calitatea apei.

Programul dispune de un mediu de lucru complet integrat inclusiv o bază de date, date de intrare, motor de calcul, precum și rezultatele instrumentelor de raportare. O interfață grafică de utilizator permite utilizatorului mișcarea fără legătură între diferitele părți ale software-ului. Rezultatele simulării sunt stocate în HEC-DSS (Data Storage System) și pot fi folosite împreună cu alte software-uri pentru studii, drenaj urban, prognozarea fluxului, un impact viitor urbanizare, proiectare rezervor deversor, reducerea pagubelor produse de inundații, reglementarea zonelor inundabile și operarea sistemelor.

Pentru realizarea calculelor referitoare la scurgerea maximă pe râurile cu bazin mic de recepție, trebuie să dispunem de o serie de date referitoare la regimul hidric al acestor râuri. Deoarece râurile mici sunt foarte puțin studiate se pot întâmpina greutăți în procesul de prelevare a acestor date.

Descrierea modelului hidrologic

Pentru efectuarea modelului hidrologic s-au efectuat o serie de pași privind obținerea de informații necesare modelării hidrologice cu privere la caracteristicile bazinelor hidrografice studiate, pentru ca rezuttatele obținute sa fie de o acuratețe foare mare. Pentru crearea de date pe baza cărora se va face modelarea au fost folosite programe software de specialitate din mediul GIS și de analiză.

Scopul principal al acestei modelări hidrologice, este acela de a analiza din punct de vedere cantitativ debitele și volumele de apă de pe suprafața bazinelor hidrografice, aflate amonte de acumularea Poiana Uzului.

Analiza cantitativă a debitelor afluente din bazinul hidrografic Uz amonte de acumularea Poiana Uzului, este deosebit de importantă deoarece, se pot face mai multe ipoteze de exploatare a barajului și respectiv se poate vedea aportulul afluentului total care intră în acumulare, și se pot lua decizii cu privire la debitele defluente, din acumulare.

Pentru obtinerea datelor necesare modelării s-a folosit programul ArcGIS – și extensia HecGEOHMS după care toate datele obținute au fost exportate în programul de modelare hidrologică HecHMS.

HEC-GeoHMS

Versiunea 1.0 a fost dezvoltată pentru a obține și utiliza informații geospațiale digitale disponibile pentru a construi modele hidrologice mai rapid decât în varianta utilizării metodelor manuale

Versiunile HEC-GeoHMS 4.2 și 5.0 au fost rezultatul dezvoltării continue de către HEC și ESRI pentru modernizarea caracteristicilor și funcționalității HECGeoHMS.

Programul permite utilizatorilor să vizualizeze informațiile spațiale, caracteristicile bazinelor, să efectueze analize spațiale, să delimiteze subbazinele și fluxurile, și să construiască intrări în modelele hidrologice.

Odată cu disponibilitatea precipitațiilor radar și a datelor spațiale, modelarea hidrologică utilizând suprafețe de subbazin mai mici sau un sisteme de rețea se face cu mai multă ușurință.

Extensia – HecGEOHMS pentru prelucrarea datelor.

După cum se poate observa în imaginea…. extensia HecGEOHMS conține mai multe submeniuri de procesare a datelor.

Pentru început este necesar să avem la dispoziție DTM-ul creat în format raster cu o precizie foarte mare, pe care se va lucra pe lângă toate celelalte informații de tip vector și raster care vor fi prezentate în următoarele etape ale modelării.

Pe baza modellului digital al terenului au fost create lyerele necesare pentru export.

DEM Reconditioning AgreeDEM – ajută la recondiționarea modelului digital al terenului. DEM Reconditioning permite utilizatorului să micșoreze elevația celulei de flux și oferă, de asemenea, o opțiune de a coborî treptat celulele vecine de-a lungul fluxului. Această metodă creează o tranziție treptată și poate fi utilizată pentru a elimina efectul secundar nedorit al insulelor fictive.

Fill Siks – este reprezentat de corectarea DTM-ului prin umplerea depresiunilor mici acolo unde DTM-ul poate înregistra erori.

Flow Direcțion – generarea layrului este necesară pentru determinarea direcțiilor de scurgere

Flow acumulation – generarea layerului este necesară pentru determinarea acumulărilor scurgerii

Stream Definițion – această etapă clasifică toate celulele cu o acumulare de flux mai mare decât pragul definit de utilizator.

Stream Segmentation – acest pas împarte fluxul în segmente, conecteaza intersecții succesive, ojoncțiune, un drenaj.

Catchment Grid Delineation – acest pas delimitează o subdiviziune pentru fiecare flux.

Catchment Polygon Processing – acest pas creează un strat vectorial ale subbazinelor utilizând grila calculată în etapa anterioară.

Drainage Line Processing – acest pas creează linia de drenaj

După generarea layerelor caracteristice va fi delimitată zona de studiu.

După cum putem observa în figura….. avem delimitată zona de modelare, pană în dreptul stației hidrometrice Cremenea, acolo unde avem datele necesare pentru calibrarea modelului hidrologic.

În ultimii ani, progresele înregistrate în sistemele informatice geografice (GIS) au deschis numeroase oportunități de îmbunătățire a modelării hidrologice a sistemelor de bazin hidrografic.

Abilitatea de a efectua analize spațiale pentru dezvoltarea parametrilor nu numai că economisește timp și efort, ci și îmbunătățește precizia față de metodele tradiționale. Precipitațiile și infiltrațiile pot fi calculate prin celulă, oferind mai multe detalii decât metodele medii tradiționale ale bazinului. Aceste tehnici avansate de modelare au devenit fezabile, deoarece pot fi acum generate eficient folosind operațiunile spațiale într-un GIS.

Următoarea etapă constă în crearea modelului hidrologic în mediul GIS unde vor fi extrase datele caracteristice bazinului hidrografic și va fi pregătit pentru exportul HecHMS.

Generarea proiectului

Extragerea datelor privind cracteristicile bazinului :

Lungimea râului

Panta raurilor

Panta bazinelor hidrografice

HEC-GeoHMS creează fișiere de hartă de fond, fișiere model de bazin, fișiere de model meteorologic și un fișier parametru de celule de rețea care poate fi utilizat de HEC-HMS pentru a dezvolta un model hidrologic. Fișierul modelului de bazin conține elemente hidrologice și conectivitatea lor hidrologică. Fișierul modelului de bazin include zone de subbasin și alți parametri hidrologici care pot fi estimate folosind date geospațiale. Pentru a ajuta la estimarea parametrilor hidrologici, HEC-GeoHMS poate genera tabele care conțin caracteristicile fizice ale fluxurilor și bazinelor hidrografice.

4.4 Implementarea G.I.S în metoda SCS-CN

Metoda hidrografică a unității SCS este utilizată pentru a transforma precipitațiile în scurgerea de suprafață. Deoarece zona are un debit de bază puțin, modelul de bază nu a fost utilizat. Metoda de transformare necesită o determinare a timpului de întârziere ca intrare. SCS a dezvoltat o relație între timpul de concentrare (Tc) și timpul de întârziere (Tlag). Formula Kirpich este utilizată pentru estimarea timpului de concentrare pe baza caracteristicilor sub-bazinului, inclusiv topografia și lungimea de acoperire.

= 0.6Tc

Unde L – reprezintă lungimea albiei S – reprezintă panta %.

Modelul hidrologic matematic, SCS-CN a fost dezvoltat de Natural Resurces Conservation Service ((NRCS) cunoscut și sub numele de Soil Conservation Service SCS) pentru a pune la dispoziția utilizatorilor proceduri de calcul a debitului și volumului maxim din ploi torențiale, pentru un anumit teritoriu .

Inițial, metoda a fost dezvoltată ca metodologie de transformare a ploilor torențiale dintr-o anumită perioadă de timp în scurgere ținând cont de vegetație și sol, scopul ei fiind acela de a identifica zonele pretabile la amenajări ale terenurilor agricole în SUA. Datorită preciziei mari ale modelului s-a trecut la utilizarea lui pe scară largă, depășind granițele SUA, cu scopul de a modela și simula evenimente hidrologice extreme.

Încă de la apariția modelului, în 1954 și până în prezent s-au realizat foarte multe revizuiri ale modelului (1964, 1965, 1969, 1977, 1985 și 1993), în funcție de necesitatea utilizării acestuia în unul sau altul dintre domeniile de aplicabilitate, metoda bazându-se pe relația de bilanț hidric

Q = P – Is – I – E – n (m3)

unde: Q – volumul, P – precipitațiile, Is – capacitatea de infiltrare în sol, I – intercepția, E – evapotranspirația, n – alte rețineri ale precipitațiilor.

Pentru implementarea modelului pe bazinele hidrografice avute în studiu am utilizat extensia ArcCN-Runoff, rulată sub ArcG.I.S..

Extensia realizată de Xiaoyong Zhan și Min-Lang Huang în 2004, realizează calculul debitului și volumului maxim pe baza calculării numărului de curbă pentru fiecare unitate spațială utilizând o bază de date (sol și mod de utilizare al terenurilor) de tip vector pentru a se păstra intacte limitele neregulate ale suprafețelor.

Tabel 6 – privind datele de intrare a CN

Vectorii reprezentând extensiunea teritorială a categoriilor de sol le-am creat o bază atributară cu informații legate de grupa hidrologică de sol, în funcție de capacitatea de infiltrare a apei în profilului de sol respectiv.

Grupa hidrologică A – este caracterizată de soluri cu capacitate mare de infiltrare chiar și atunci când solul este, aproape, complet umed. Din cadrul acestei categorii fac parte soluri cu profil nisipos, aluviosolurile, argilos, pământ luto- nisipos, terenuri cu o drenare bună ca nisipurile și pietrișurile.

Grupa hidrologică B – iese în evidență printr-o capacitate de infiltrare medie și un ritm moderat de circulare a apei în profilul de sol. Textura predominantă este cea mijlocie caracteristică cambisolurilor.

Grupa hidrologică C – este caracterizată de solurile cu care facilitează un ritm scăzut de infiltrare a ape, având un profil argilo-nisipos.

Grupa hidrologică D – soluri cu o capacitate de infiltrare foarte joasă chiar și atunci când sunt complet umede. Profilul caracteristic pentru solurile din această grupă hidrologică este cel argilor și lutos.

Condițiile de umiditate ale solului se conturează într-un factor foarte important în procesul de infiltrare a apei fiind estimat prin intermediul indicelui AMC (Antecedent Moisture Conditions) care este analizat în funcție de cantitățile de precipitații din ultimele 5 zile: AMC I, corespunde solului uscat cu precipitații <12,7 mm în timpul sezonului de vară și precipitații <35,6 mm în sezonul cu precipitații de toamnă și primăvară; AMC II – soluri cu condiții normale de infiltrare specifice precipitațiilor cuprinse între 12,7-28 mm în intervalul cu ploi puține și 35,6-53,4 mm în intervalul de timp cu ploi abundente; AMC III corespunde solului saturat și cu precipitații > de 28 mm atunci când nu se înregistrează ploi abundente și precipitații >35,4 atunci când se înregistrează cantități mari de precipitații Crăciun, A.I., și colab. (2007).

Utilizarea terenurilor reprezintă gradul și tipul de înveliș vegetal a suprafețelor dintr-un bazin colector. Utilizarea terenurilor am derivat-o din baza de date CORINE Land Cover 2000 și adaptată pentru cerințele metodei SCS-CN

Tabel 7 – Indicatorul CN (Curve number) derivat pe baza modului de utilizare al terenurilor și soluri în funcție de condițiile hidrologice ale acestora (Man, T., Alexe, M., 2006)

Apelând la metodologia G.I.S., de calcul a scurgerii maxime prin intermediul metodei SCS-CN, am realizat intersectarea stratelor reprezentând solurile și modul de utilizare al terenurilor, care în prealabil a fost decupat după zona de interes, pentru a reprezenta o bază unitară de calcul în care să se poată identifica suprafețele cu caracteristicile celor două entități spațiale, tabelul atribut a acesteia stocând informații despre tipul de utilizare a terenurilor și grupa hidrologică de sol.

Figură 68 – Schemă modelare hidrologică

Analiza spațială am continuat-o cu identificarea automată a numărului de curbă și crearea unei coloane în tabelul atribut cu valoarea specifică fiecărei combinații dintre strate, utilizându-se ca element de intrare tabelul .dbf creat în etapa de realizare a bazei de date.

Calculul volumului maxim în m3, bazat pe numărul de curbă, identificat, se realizează prin intermediul ecuațiilor (15) și (17) pentru o ploaie de intensitate maximă (P) de 10,1 mm, respective 0,39 inch și suprafața în km2 calculată pentru fiecare dintre combinațiile rezultate în urma procesului de intersecție.

Curba Number (CN) și alți parametri de pierdere a ratei pierderilor bazate pe diferite baze de date privind solul și terenul. Numărul curbei poate reprezenta o valoare medie pentru un subbasin sau o celulă individuală pentru o subbasină bazată pe rețea. În plus, caracteristicile bazinului hidrografic și ale canalului împreună cu un șablon de foi de calcul sunt legate de HEC-GeoHMS pentru a asista utilizatorul la estimarea valorilor inițiale ale timpului de concentrare. De asemenea, caracteristicile bazinului și ale canalului pot fi folosite pentru a calcula parametrii CN Lag și parametrii de rutare simple Muskingum-Cunge prismatic.

Determinarea numarului CN in GIS

Pentru determinarea numarului de curba au fost necesari parcurgerea mai multor pasi.

A fost nevoie de informatii privind utilizarea terenurilor si respective informatii privind solurile existente in bazinul hidrograafic uz.

Cele două teme au fost intersectate în vederea obținerii unei teme în al cărei tabel de atribute să se regăsească atât caracteristicile utilizării terenurilor cât și a tipurilor de sol. Practic în acest moment a fost obținută o hartă în care se regăsesc clasele de utilizare a terenurilor și grupurile hidrologice de sol

După crearea layerului tematic privind caracteristicile urmează generarea CN.

CN (Curve Number) reprezintă un index adimensional, care poate lua valori cuprinse între 0 și 100. CN depinde atât de utilizarea terenului, cât și de grupa hidrologică a solului și reflectă potențialul de scurgere a apei pe diferite terenuri. Valorile CN variază direct proporțional cu potențialul de scurgere și invers proporțional cu coeficientul de infiltrație, având valori maxime pentru clasa de soluri D sau pentru spațiile urbane, impermeabilizate.

Layerul CN de tip vector este transformat într-un layer de tip grid, ceea ce permite calculul mai ușor al valorilor medii CN la nivel de bazine hidrografice mici figura ..

După cum se poate observa în figura …. Valoarea numarului CN este cuprinsă între 95 și 34 – unde valoare 95 reprezintă spațiu urban discontinuu iar valoarea 34 reprezintă păduri de conifere.

Verificare corectitudinii numarului CN s-a efectuat cu ajutorul imginilor satelitarea a ortofotoplanurilor.

Următorul pas este de extragere automată de pe rasterul nou creat a valorilor CN în mod automat.

Setarea unităților de măsură pentru export în HEC-HMS

Verificarea corectitudinii modelului – raport HEC-GeoHMS

HEC-GeoHMS produce un număr de intrări hidrologice care sunt utilizate direct în HEC-HMS. În plus, programul sprijină estimarea parametrilor hidrologici prin furnizarea de tabele de caracteristici fizice pentru râuri și subbazine.

Etapele următore ale modelării hidrologice constau în importul datelor din ArcGis-HEC-GeoHMS – în programul de modelare HEC-HMS.

Calibrarea modelului

Calibrarea modelului consta în rulări repetate ale programului cu cantități de precipitații cunosute și având în vedere gradul de permeabilitate a solului, utilizarea terenului etc. toate aceste informații programul de modelare le are introduse automat din rasterul CN. Fiecărui subbazin hidrografic îi corespunde un numar CN.

Rularea modelului s-a efectuat cu o atenție deosebită pentru ficare subbazin hidrografic în parte.

4.5 Rezultatele modelării hidrologice amonte de lacul de acumulare Poiana Uzului

4.5.1 Prezentarea bazinelor hidrografice din programul de modelare HEC-HMS

Tabel 8 – Rezultate modelare hidrologică

4.6 Hietograma ploii de calcul introdusă pentru modelarea hidrologică

Afișarea grafica în HEC-HMS – a hietogramei ploii.

După setarea tuturor parametrilor și după mai multe rulări ale programului, modelul hidrologic a fost calibrat, astfel că la intoducerea unor date privind cantitatea de precipitații căzute într-un interval de timp, rezultă un volum de apă scurs care se închide în punctul stației hidrometrice Cremenea, acolo unde avem înregistrate hidrografele undelor de viitură.

Având în vedere analiza cantitativă a volumelor existente comparativ cu volumele simulate putem constata că modelul calibrat corespunde așteptărilor astfel că la introducerea în program a diferitelor cantități de precipitații va rezulta un debit care se va găsi în realitate, și astfel se va cunoaște volum de apă care va intra în acumularea Poiana Uzului prin secțiunea stației hidrometrice Cremenea.

Introducere

Un lac de acumulare artificial, creat prin construcția unui baraj, influențează, prin posibilitățile sale de înmagazinare și prin capacitatea de evacuare a descărcătorilor săi, regimul de curgere a viiturilor. La cererea beneficiarilor, unele lacuri sunt astfel dimensionate încât debitul maxim cu o asigurare dată, care intră în lac este redus într-o măsură impusă. .

Lucrările de amenajare și construcțiile hidrotehnice sunt deosebit de importante datorită condițiilor de sol, climă, relief, pe care le creează si determină ca resursa de apă de pe un anumit areal să fie folosită în interesul omului.

CAPITOLUL 5. EFECTUL LUCRĂRILOR HIDROTEHNICE SI MODELAREA TRANZITĂRII VIITURILOR.

Lucrările hidrotehnice, odată cu efectul produs contribuie la protejarea și ameliorarea factorilor de mediu, având și un rol asupra factorilor ecologi contribuind la la reglarea relațiilor dintre mediu și dezvoltarea durabilă.

De asemenea lucrările hidrotehnice, poate contribuii, prin efectul lor la asigurarea protecției localităților, căilor de comunicații, împotriva procesului de eroziune, de alunecare a terenurilor și de inundații, dar si la crearea de noi zone de agrement si recreere.

5.2 Lucrări privind amenajarea bazinelor hidrografice și a cursurilor de apă

Lucrările de amenajare a bazinelor hidrografice și a cursurilor de apă necesită ansamblul de măsuri și lucrări de organizare, agricole și tehnice care trebuie aplicate atât pe versanți cât și în rețeaua de scurgere și care urmăresc satisfacerea cerințelor cantitative și calitate ale diferitelor folosințe și atenuarea viiturilor pentru apărarea împotriva inundațiilor a obiectivelor periclitate.

Lucrările mai importante sunt pentru atenuarea proceselor de eroziune și alunecărilor de pe versanți, regularizarea scurgerii pe versanți și în rețeaua formațiunilor torențiale, regularizarea albiilor în scopul stabilizării lor, asigurării capacitații de transport corespunzătoare și apărării împotriva inundațiilor și regularizarea debitelor prin atenuarea viiturilor și folosirea apei.

Toate lucrările trebuie aplicate în complex eșalonat și necesită justificări fundamentate tehnic și economic. Cu prioritate mai mare sunt lucrările de amenajare pe versanții bazinelor hidrografice, deoarece sunt cele mai eficiente din punct de vedere economic și social, pentru că au o mare contribuție la îmbunătățirea regimului hidrologic și influențează în mod direct celelalte categorii de lucrări de amenajare a cursurilor de apă.

Majoritatea lucrărilor trebuie încadrate în schemele de amenajare complexe a bazinelor hidrografice și se recomandă să respecte următoarele principii:

‐ Principiul realizării cu prioritate a lucrărilor de apărare împotriva inundațiilor a centrelor populate și a lucrărilor de combatere a eroziunii solului, corectarea torenților și a celor de dezvoltare a lucrărilor necesare satisfacerii cerințelor de apă a folosințelor;

‐ Principiul potrivit căruia amenajarea trebuie să fie într‐o concepție unitară a întregii rețele hidrografice, pentru folosirea complexă a apelor;

‐ Principiul realizării controlului apei prin lacuri de acumulare cu caracter complex;

‐ Principiul regularizării și îndiguirii albiilor cursurilor de apă în corelație cu efectele de atenuare a viiturilor prin lacuri de acumulare rezolvându‐se problema apărării împotriva inundațiilor, albia râurilor fiind folosită și pentru transportul apei necesare folosințelor.

5.3 Corectarea scurgerii de pe versanții bazinelor hidrografice

Corectarea scurgerii pe versanți se realizează prin lucrări antierozionale care trebuie să reprezinte măsura primordială și cele mai importante măsuri de amenajare complexă a bazinelor hidrografice.

Necesitatea lor, nu constă numai în faptul că aduc o mare contribuție la rezolvarea problemei regularizării scurgerii lichide și în special a celei solide, ci condiționează buna funcționare a tuturor celorlalte lucrări de regularizare a albiilor, îndiguirilor și acumulărilor, ci și în faptul că asigură condițiile de ameliorare și conservare a solului, stopând în mare măsura transportul de debit solid.

Complexitatea regularizării scurgerii pe versanți este legată de procesul de eroziune, formațiunile torențiale, excesul de apă și alunecările de teren. Obiectivul regularizării scurgerii pe versanții bazinelor hidrografice constă în reducerea scurgerii pentru atenuarea debitelor de viitură din rețeaua hidrografică și pentru îmbunătățirea condițiilor de umiditate necesare vegetației, în atenuarea procesului de eroziune pentru reducerea debitelor solide și pentru ameliorarea solurilor degradate, în eliminarea excesului de umiditate și în stabilizarea terenurilor alunecătoare acolo unde este cazul.

Ca efect important al regularizării scurgerii de pe versanți este atenuarea procesului de eroziune și îmbunătățirea condițiilor de stabilizare a terenurilor alunecătoare din cauza mai multor factori. Pentru stabilirea problemelor legate de regularizarea scurgerii pe versanți trebuie în primul rând stabilite următoarele aspecte: procesul de eroziune în bazinele hidrografice, formațiunile torențiale, excesul de apă de pe versanți, alunecările de teren și datele de studii necesare proiectării lucrărilor. Lucrările antierozionale necesare în bazinele de recepție, pentru atenuarea procesului de eroziune în suprafață, constau în următoarele categorii de lucrări: organizarea antierozionale a teritoriului, lucrările agrotehnice antierozionale, lucrările silvice antierozionale și lucrările hidrotehnice de regularizare a scurgerii pe versanți (valurile de pământ, terasele și canalele de coastă).

Formațiunile torențiale urmărește: apărarea terenurilor agricole, căilor de comunicație, centrelor populate, a obiectivelor de gospodărirea apelor și protecția mediului, de efectele negative ale viiturilor, folosind scheme și tipuri de lucrări diferențiate după caracteristicile formațiunilor torențiale, materialele de construcții locale și importanța social‐economică a obiectivelor de apărat.

5.4 Importanța amenajării formațiunilor torențiale.

Formațiunile torențiale sunt considerate unități hidrografice elementare pe care se pot forma viituri în urma unor ploi puternice sau a topirii bruște a zăpezii. Pe suprafața de teren a unei formațiuni torențiale există condiții de relief care favorizează concentrarea rapidă a apelor de scurgere într‐o rețea constituită din ogașe, ravene și viroage sau chiar vâlcele și văi seci în cazul torenților mai evoluați cu o suprafață de recepție mai mare care fac tranziția spre pâraiele torențiale. (Băloiu V., 1980; Giurma I., 1989)

Suprafața unei formațiuni torențiale poate varia de la câteva zeci de ha, la cel mult 10 ÷ 20 km2 , având în plan un contur variat. (Băloiu V., 1980; Giurma I., 1989)

Viiturile pe formațiunile torențiale produc mari pagube diferitelor sectoare economice și sociale și de aceea sunt necesare, mai ales în condițiile economiei de piață, soluții eficiente de amenajare a acestor formațiuni pentru apărarea obiectivelor economice și sociale periclitate. (Băloiu V., 1980; Giurma I., 1989)

Pagubele produse sectorului agricol și silvic, constau în spălarea intensă a solului, în dezvoltarea rapidă a eroziunii în adâncime, în formarea râpelor abrupte prin ruperi și surpări de teren în timpul viiturilor, în inundarea și colmatarea cu aluviuni grosiere a terenurilor agricole valoroase care se află de regulă în zona de descărcare – evacuare a formațiunilor torențiale în preajma confluenței cu emisarul natural. (Băloiu V., 1980; Giurma I., 1989)

Imense pagube materiale datorită viiturilor pe torenți sunt provocate drumurilor și căilor ferate, construcțiilor civile și industriale, lucrărilor de gospodărirea apelor și de protecție a mediului ambiant, prin inundare și colmatare, uneori ajungându‐se până la scoaterea din funcțiune și distrugerea completă a unor obiective din sectoarele economice și sociale menționate. (Băloiu V., 1980; Giurma I., 1989)

Influențe negative prin pagube costisitoare în exploatare sunt exercitate de viiturile torenților asupra majorității lucrărilor de folosire a apei pentru irigații, alimentări cu apă, amenajări hidroenergetice, amenajări piscicole etc. Sectorul agricol, prin intensele sisteme de irigații periclitate de colmatarea canalelor, au și în acest mod de suferit de pe urma viiturilor pe formațiunile torențiale care influențează sursele de apă pentru irigați. (Băloiu V., 1980; Giurma I., 1989)

5.5 Efectul lucrărilor hidrotehnice privind regimul natural de scurgere

5.5.1 Regularizarea cantitativă a debitelor prin acumulări

Acumulările reprezintă calea cea mai rapidă și eficace de regularizare a debitelor; în privința folosințelor de apă ele satisfac cel mai bine cerințele acestora, iar în privința luptei împotriva inundațiilor acumulările prezintă avantajul că pot controla din puncte concentrate debitele de viitură (Băloi V., 1980).

Lacurile de acumulare se pot realiza cu ajutorul bazinelor închise, bazinelor deschise și bazinelor cu baraj.

Lacuri de acumulare cu bazinele închise (rezervoarele) au o capacitate mică, se construiesc din diverse materiale de construcții (piatră, lemn, metal, beton, beton armat ș.a.) și pot fi amplasate la nivelul terenului, la o cotă oarecare sau îngropate; ele sunt folosite numai pentru alimentări cu apă.

Lacurile de acumulare cu bazinele deschise sunt tot de capacitate mică, sunt săpate în pământ și prevăzute cu un strat impermeabil executat din argilă, piatră, beton, materiale plastice ș.a.; ele se folosesc pentru adăpatul animalelor, în crescătoriile de păsări și chiar la irigarea terenurilor pe suprafețe reduse.

Bazinele de acumulare realizate prin bararea cursurilor de apă sunt cele mai răspândite și au capacități mari. Ele reprezintă cea mai rapidă și eficace cale de regularizare a debitelor.

Având în vedere combaterea inundațiilor ele prezintă avantajul că au capacitatea de a controla din puncte centralizate debitele viiturilor, iar în ceea ce privește folosințele de apă, satisfac cel mai bine nevoile consumatorilor.

Lacurile de acumulare sunt compuse din următoarele părți:

‐ barajul frontal, care se construiește din beton sau materiale locale;

‐ cuva lacului, în care se formează acumularea apei;

‐ construcțiile și instalațiile hidromecanice sau evacuare a apei, amplasate în corpul barajului sau pe unul din maluri (vane de diferite tipuri, deversoare centrale sau laterale, instalații de pompare ș.a.);

‐ o serie de lucrări anexe, cum sunt construcțiile sociale, gospodărești, rețeaua telefonică sau radiotelefonică de legătură cu beneficiarii și cu centrele populate;

‐ supravegherea comportării prin aparatele de măsurare și control amplasate atât în lungul acumulării cât și la baraj.

Ținând seama de amplasamentul acumulărilor în cadrul unui bazin hidrografic al unui râu, acestea pot fi în zona montană, în zona deluroasă și în zona de câmpie (Giurma I., ș.a., 1987).

Acumulările din zona montană au baraje înalte și de lungimi mici, construite de obicei din beton sau piatră și au ca scopuri principale: hidroenergetica și atenuarea viiturilor; ele pot servi în secundar și pentru alimentări cu apă potabilă și industrială și pentru irigații, dar costul apei este ridicat datorită distanțelor mari de transport. (Giurma I., Crăciun I., Man.Integrat al Res.Apa)

Acumulările din zona deluroasă au baraje mai mici, construite de obicei din materiale locale și au ca scopuri principale: atenuarea viiturilor și alimentarea cu apă potabilă și industrială a centrelor populate și pentru irigații, deoarece sunt situate în apropierea acestor folosințe. (Giurma I., Craciun I., Man.Integrat al Res.Apa)

Acumulările din zona de câmpie au baraje de înălțimi mici și lungimi mari, construite de obicei din pământ și prezintă avantajul că se găsesc în apropierea centrelor populate și a terenurilor de irigat, dar și dezavantajul că necesită lungimi mari de baraj și au pierderi mari de apă prin evaporație și infiltrații; pentru atenuarea undelor de viitură în luncile râurilor mari se creează acumulări prin îndiguire numite poldere care au forma unor compartimente de incinte inundabile. (Giurma I., Craciun I., Man.Integrat al Res.Apa)

Pentru acumulările care iau naștere pe apele curgătoare de suprafață, se constată că ele sunt amenajări de gospodărirea apelor care realizează supraînălțări de niveluri și are loc o modificare a repartiției în timp a debitelor râurilor pe care sunt amplasate, prin volumul de apă pe care îl rețin.

Lacurile de acumulare din punct de vedere al modificărilor condițiilor naturale determină două tipuri: modificarea regimului nivelurilor și modificarea regimului debitelor.

Odată cu modificarea nivelurilor cursurilor de apă, acumulările pot avea următoarele funcțiuni:

‐ asigurarea unor cote ale nivelurilor unui curs de apă pentru a permite captarea apei necesară unor folosințe;

‐ realizarea unei căderi concentrate care să fie valorificată hidromecanic sau hidroenergetic;

‐ realizarea unor adâncimi minime de navigație pe un anumit sector al unui curs de apă

‐ realizarea unor lucii piscicole sau pentru agrement;

‐ realizarea unor lucii care să asigure răcirea apelor uzate deversate de folosințe (iazuri de răcire), sau pentru asigurarea îndepărtării unor reziduuri (iazuri de decantare).

Odată cu modificarea regimului debitelor cursurilor de apă, lacurile de acumulare pot avea următoarele funcțiuni:

‐ asigurarea unor concordanțe între regimul debitelor râurilor și necesarul de apă în secțiunea de calcul (secțiunea de bilanț); în acest scop lacul se menține tot timpul cât mai plin pentru a putea suplimenta debitele râului în perioadele de deficit;

‐ atenuarea debitelor de viitură pentru apărarea împotriva inundațiilor a unor obiective; în acest caz lacul se menține cât mai mult timp gol pentru ca să poată reține eventualele viituri.

Având în vedere acest aspect întâlnim:

Acumulări cu rol de regularizare

Sunt amplasate pe cursul principal al unui râu în apropierea secțiunii de calcul și controlează deci tot debitul afluent în această secțiune; majoritatea acumulărilor cu scop hidroenergetic sau cele pentru alimentări cu apă potabilă și industrială și pentru irigații cu prelevarea apei direct din lac, se încadrează în acest tip;

Acumulări cu rol de compensare

Sunt amplasate fie pe cursul principal fie pe afluenți, la distanță mare față de secțiunea de calcul; aceste acumulări pot fi amplasate și în alt bazin din care se derivă apa spre secțiunea de calcul;

Acumulări cu rol de redresare

Sunt amplasate în aval de un lac mare și au rolul de a distribui în timp debitele regularizate de lacul din amonte și de a prelua eventual neregularitățile întâlnite în funcționarea acestora;

Acumulări de tip mixt,

Au rolul de a satisface cerințele de apă din mai multe secțiuni.

După modul de exploatare al acumulărilor întâlnite în practică avem:

‐ acumulări de apă permanente folosite pentru asigurarea unui nivel minim al apei sau pentru satisfacerea unor folosințe consumatoare de apă; aceste acumulări se mențin pline, nivelul coborând numai pentru satisfacerea folosințelor consumatoare de apă;

‐ acumulări de apă nepermanente folosite pentru atenuarea undelor de viitură în vederea apărării împotriva inundațiilor a unor obiective; aceste acumulări se mențin goale, pentru a putea reține eventualele volume de viituri;

‐ acumulări de apă mixte, deoarece principiul de exploatare este complet diferit pentru acumulările cu rol permanent și nepermanent, iar acumulările mixte trebuie să îndeplinească simultan ambele funcții, volumul lor se împarte într‐o tranșă permanentă și alta nepermanentă.

Din punct de vedere al soluției constructive întâlnim:

‐ acumulări de apă cu baraje frontale

‐ acumulări de apă laterale

‐ acumulări de apă cu diguri inelare situate în afara cursurilor de apă;

‐ acumulări de apă în zonele depresionare;

‐ acumulările mixte

Având în vedere modul de utilizare a scurgerii există acumulări cu regularizare completă, incompletă și mixtă.

Acumulările de apă cu regularizare completă funcționează fără evacuarea apei, care este folosită în întregime, spre deosebire de acumulările cu regularizare incompletă unde fie că afluența totală este mai mare decât consumul total, fie că lacul are o capacitate insuficientă pentru regularizarea întregii scurgeri și se impune deci o regularizare parțială a scurgerii.

Acumulările de apă cu regularizare mixtă pot realiza regularizarea simultană a scurgerii pe perioade de diferite durate cu ajutorul unui singur bazin de acumulare.

Din punct de vedere al perioadei de timp pentru care se face regularizarea (compensarea) debitului, întâlnim acumulări cu regularizare: zilnică, săptămânală, sezonieră, anuală și multianuală (Băloi V., 1967).

Toate soluțiile tehnice care sunt adoptate pentru buna desfășurare a activității de gospodărire a apelor trebuie sa fie eficiente economic, să îndeplinească anumite criterii și standarde de ordin tehnic și social, având neapărat în vedere și impactul asupra mediului înconjurător, care trebuie să fie într-un echilibru permanent.

Având în vedere complexitatea abordării problemelor sau soluțiilor putem afirma că în același timp de gospodărirea cantitativă a apei este o disciplină de sinteză, studierea ei si aplicarea în practică necesitând cunoștințe de hidraulică și hidrologie, matematici aplicate, programe de calcul specializate (probabilități, statistica datelor de lucru, programe de creare a bazelor de date), dar și cunoștințe din domeniul disciplinelor de specialitate (construcții hidrotehnice, alimentări cu apă și canalizări, irigații, desecări și combaterea eroziunii solului, regularizări de râuri ).

Tehnica avansată, crearea de modele hidraulice 1D, 2D și chiar 3D, sunt concepte, metode modele de cercetare și de găsire a soluțiilor optime pentru o gospodărire cantitativă și calitativă a apei.

Chiar dacă prin măsurile de gospodărire a apelor, are loc modificarea regimului natural al debitelor de apă lichide și/sau respectiv solide, de suprafață și subterane, acestea trebuie sa fie în concordanță cu un regim necesar. Regularizarea debitelor prin modificarea regimului natural în timp și spațiu este denumit regim antropic.

Gospodărirea cantitativă a apei în mod rațional, se manifestă prin satisfacerea nevoilor ale cerințelor de apă pentru folosințe în condiții de eficiență economică și într-un continuu echilibru cu natura. Principiul potrivit căreia resursele de apă trebuie sa aibă o utilizare complexă, stă la baza gospodăririi raționale a apelor. Principul este determinat având în vedere volumul foarte variabil și limitat al resurselor de apă care nu poate fi asigurat de un regim natural al folosințelor de apă.

Diversele modalități de folosire, stăpânire și protecție a apelor, fac din gospodărirea rațională a apelor o activitate:

complexă, care-și propune să satisfacă toate folosințele;

durabilă, care are în vedere strategia ce corespunde necesităților prezentului, fără a compromite posibilitatea generațiilor viitoare de a le satisface pe ale lor;

unitară, care impune elaborarea planurilor de amenajare pe bazine hidrografice –valabilă, de regulă, în toată lumea;

echilibrată, asigurând menținerea structurii, funcționarea și dinamica armonioasă a echilibrului ecologic;

integrată, impunând un sistem informațional – decizional coordonat pe bazin hidrografic

Totalitatea lucrărilor efectuate și a măsurilor din cadrul unui anumit areal, bazin sau subbazin, pentru satisfacerea cerințelor cantitative sau calitative, de combatere a acțiunilor dăunătoare ale apelor și protecției calității apelor dă naștere la sistemul de gospodărire a apelor, iar reprezentarea acestor lucrări constituie schema de gospodărire a apelor sau schema de amenajare.

Construcțiile hidrotehnice își pun amprenta semnificativ asupra mediului. Odată cu cu, construcția lor se modifică regimul apelor de suprafață și subterane, luând naștere noi ecosisteme, diferind față de ecosistemele inițiale, naturale.

Odată cu construirea lucrărilor de îndiguire care joacă rol de apărare împotriva inundațiilor a terenurilor, localităților și altor obiective social-economice, intervin modificări și asupra nivelurilor, vitezelor și a debitelor acestor cursuri, și sunt generate noi fenomene nemaiîntâlnite în condiții naturale. Aceste îndiguiri obturează accesul apei în zonele de albie majoră, și influențează în mod direct regimul apelor freatice.

Dintre efectele nedorite ale acestor lucrări putem aminti :

Îngustarea secțiunii de scurgere pe sectoarele amenajate și se creează o supraînălțare a nivelurilor de apă, acest fenomen se resimte în amonte.

Din cauza creșterii vitezelor și debitelor de apă se produc eroziuni puternice și în foarte multe cazuri se schimba traseul inițial al albiei.

5.5.2 Acumulări permanente și nepermanente și mixte

– acumulări permanente folosite pentru asigurarea unui nivel minim al apei sau pentru satisfacerea unor folosințe consumatoare de apă; aceste acumulări se mențin pline, nivelul coborând numai pentru satisfacerea folosințelor consumatoare de apă;

– acumulări nepermanente folosite pentru atenuarea undelor de viitură în vederea apărării împotriva inundațiilor a unor obiective; aceste acumulări se mențin goale, pentru a putea reține eventualele viituri;

– acumulări mixte; deoarece principiul de exploatare este complet diferit pentru acumulările cu rol permanent si nepermanent, iar acumulările mixte trebuie să îndeplinească simultan ambele funcții, volumul lor se împarte într-o tranșă permanentă și alta nepermanentă.

După soluția constructivă putem avea:

– acumulări cu baraje frontale, care se realizează prin bararea cursului de apă printr-o lucrare încastrată în cei doi versanți ai râului

– acumulări laterale, care se realizează fără să se bareze cursul de apă, printr-un dig longitudinal paralel cu râul cu închideri în versanți la capătul aval și în majoritatea cazurilor și la capătul amonte (figura 4.3);

– acumulări cu diguri inelare situate în afara cursurilor de apă;

– acumulări în zonele depresionare;

– acumulări mixte, care se realizează prin combinația variantelor expuse anterior.

5.5.3 Polderele

Reprezintă o suprafață îndiguită care se inundă pentru atenuarea viiturilor și este exact inversul adevăratului sens folosit în Olanda și anume o porțiune din mare îndiguită și desecată pentru a se folosi în agricultură.

5.5.4 Acumulările cu regularizare zilnică

Acestea sunt întâlnite la folosințe care au posibilitatea internă de compensare numai pentru perioada unei zile cum sunt: alimentarea cu apă potabilă, industrială și uneori chiar la hidrocentrale. În cazul regularizării zilnice există de regulă o neuniformitate în privința consumului în decursul celor 24 de ore.

Coeficientul de neuniformitate al consumului în 24 de ore este:

Pentru aflarea debitului afluent mediu (Qafluent mediu) care reprezintă debitul afluent adus în rezervor și care pe durata unei zile are o valoare aproximativ constantă, trebuie să se stabilească valoarea debitului de consum mediu (Qconsum mediu) cu care trebuie să fie egal.

Schița unei alimentari cu apă și graficul de afluență și consum pe durata unei zile

Deci Qafluent mediu = Qconsum mediu și va fi raportul dintre volumul consumului într‐o zi și numărul de secunde dintr‐o zi.

Analizând graficul din figură se constată că în unele perioade ale zilei Qconsum > Qafluență medie, iar în altele este invers (volumul 2 este deficitul, iar volumele 1 și 3 sunt volumele excedentare).

Pentru ca rezervorul să poată funcționa cu regularizare zilnică în condiții bune, trebuie ca volumul lui să aibă valoarea mai mare sau cel puțin egală cu valoarea deficitului. Volumele 1 și 3 reprezintă tocmai volumul de apă acumulat în rezervor necesar pentru acoperirea deficitului 2.

5.5.5 Acumulări cu regularizarea săptămânală

Aceasta are loc când la un debit afluent mai mult sau mai puțin constant în decursul unei săptămâni, debitul consumat variază (exemplu: în zilele de sărbătoare când instituțiile sau întreprinderile consumatoare de apă nu funcționează) (figura 10). Și în acest caz, Qafluent mediu = Qconsum mediu.

Volumul excedentar (2) reprezintă tocmai volumul utilizabil necesar pentru acoperirea deficitului (1). În cazul unei producții neîntrerupte nu se poate vorbi de regularizarea săptămânală.

Figura 10 Graficul de afluență și consum în cazul regularizării săptămânale

5.5.6 Acumulări cu regularizarea sezonieră

Aceasta se mai numește și regularizare neperiodică pe termen scurt și se întâlnește în cazul navigației sau plutăritului pe timp de secetă, sau în cazul râurilor mici când volumul de apă reținut în acumulare este evacuat prin lăsarea periodică a scurgerii libere a apei din acumulare, sau în cazul irigațiilor din surse de apă foarte mici (pâraie, izvoare, fântâni) când apa în perioadele dintre două udări se acumulează și se consumă în una sau două zile.

5.5.7 Acumulări cu regularizare anuală

Acest tip de regularizare este cel mai des folosit în cazul acumulărilor complexe și constă dintr‐o redistribuire a scurgerii în timpul unui an. Pentru stabilirea volumului utilizabil la o acumulare cu regularizare anuală trebuie cunoscute afluența și consumul sub formă de tabele sau grafice precum și cazurile de funcționare a acumulării: cu o singură fază sau cu mai multe faze (figura 11).

Figura 11 Stabilirea volumului utilizabil la o acumulare cu regularizare anuală;

a) funcționare cu o fază;

b) funcționare cu două faze situația a I‐a;

c) funcționare cu două faze situația a II‐a

În cazul unui consum aproximativ constant Qc la o funcționare cu o singură fază, volumul utilizabil al acumulării este egal cu volumul deficitar, iar golirea completă a acumulării are loc la sfârșitul subperioadei de deficit.

În cazul funcționării cu două faze și consum aproximativ constant există două situații:

‐ în situația a I‐a fiecare surplus din subperioadele excedentare este mai mare decât deficitul care‐i urmează; în acest caz volumul utilizabil al acumulării este egal cu volumul deficitar cel mai mare, iar momentul golirii acumulării corespunde cu sfârșitul subperioadei care are acest deficit maxim;

‐ în situația a II‐a unul din surplusuri este mai mic decât deficitul care‐i urmează și atunci volumul utilizabil al acumulării este egal cu suma celor două deficite minus surplusul intermediar mai mic; volumul utilizabil calculat astfel trebuie să fie mai mare decât deficitul maxim, în caz contrar se ia egal cu acesta.

5.5.8 Acumulările cu regularizare multianuală

Au rolul de a compensa afluența din anii secetoși cu scurgerea din anii ploioși și sunt acumulări de mare capacitate.

În cazul acumulărilor pentru atenuarea undelor de viitură și folosințe complexe, există complicația prin caracterul contrar al condițiilor cerute de cele două obiective.

Pentru atenuarea viiturilor, lacul trebuie golit ca să fie gata să înmagazineze o eventuală viitură.

Pentru mărirea debitului scurgerii necesar folosințelor în perioada apelor mici, se cere ca lacul să fie plin.

Deci, lacul trebuie să fie gata în orice moment să facă față viiturilor cât și perioadelor cu ape mici. Problema s‐ar rezolva ușor dacă s‐ar putea face prognoza exactă, ceea ce nu‐i posibil.

Drept urmare se recurge la două căi:

‐ se consideră hotărâtor unul dintre cele două obiective, celălalt atingându‐se în măsura posibilităților;

‐ când trebuie satisfăcute ambele obiective, volumul de apă se consideră format din două părți care să funcționeze separat una de cealaltă, pentru a se rezolva ambele probleme.

5.6 Efectul de atenuare pe care o au acumulările asupra viiturilor

Se consideră un lac de acumulare al cărui baraj este prevăzut cu instalații de deversare și cu instalații de golire de fund (figura 12). Debitele acestor instalații sunt date de relațiile:

unde:

Qdev – debitul deversat;

m1 – coeficientul de debit;

b – lungimea deversorului;

g – accelerația gravitațională;

h, sarcina pe deversor;

Qg – debitul golirii de fund;

m2 – coeficientul de debit;

ω – secțiunea golirii de fund;

H – adâncimea apei măsurată de la nivelul liber al apei, până la axul golirii de fund.

Figura 12 Profil longitudinal prin lacul de acumulare

Deci, debitul defluent din lac se obține prin însumarea debitului deversat cu cel al golirii de fund.

În cazul când golirea de fund este închisă, debitul defluent este dat chiar de debitul deversat, deci:

Pentru explicitarea atenuării undelor de viitură lac de acumulare, este necesară cunoașterea hidrografului undei de viitură în amplasamentul barajului, adică unda de viitură în regim natural cu probabilitatea de calcul dorită (figura 13) și a undei de viitură în regim amenajat.

Volumele celor două unde de viitură sunt egale, adică dacă aproximăm hidrografele cu niște triunghiuri putem scrie:

Figura 13 Explicarea atenuării undei de viitură

Având hidrograful debitelor afluente cunoaștem max Qaf și T și impunând max Qdef în funcție de capacitatea de transport a cursului de apă în aval de baraj astfel încât să nu apară inundații, se determină durata T´ a hidrografului defluent.

Considerăm că viitură găsește lacul plin până la creasta deversorului cu instalațiile de golire de fund închise (Qg = 0), deci Qdef = Qdev și urmărim sensul fizic al procesului privind atenuarea viiturii prin intermediul lacului de acumulare.

În secțiunea (1 ‐ 1) (figura 13) afluența este mai mare decât difluența din lac și deci putem scrie:

Unde: – creșterea nivelului apei în lac în timp; Sa, suprafața luciului apei în lac la momentul respectiv. Deci, până la atingerea max Qdef se constată că afluența este mai mare decât difluența și drept urmare, nivelul apei în lac crește și lacul se umple. În momentul când cele două hidrografe se intersectează, deci când se atinge max Qdef (secțiunea 2 ‐ 2), se atinge sarcina maximă pe deversor, lacul este plin până la nivelul viiturii de calcul și anume: Qaf = Qdev. Din acest moment afluența devine mai mică decât defluența și lacul începe să se golească (secțiunea 3 ‐ 3) și deci:

La un moment dat (secțiunea 4 ‐ 4) viitura încetează, adică Qaf = 0 și Qdev > 0, deci lacul continuă să se golească până când nivelul apei în lac atinge creasta deversorului (secțiunea 5 ‐ 5) când devine nul și debitul defluent. Deci lacul este gol până la creasta deversorului și este pregătit pentru a prelua o nouă undă de viitură.

5.6.1 Ecuația atenuării undelor de viitură în lacuri

Problema care se pune constă în a determina care este aspectul undei defluente q(t), când sunt cunoscute dimensiunile deversorului, variația volumului din lac în funcție de înălțime și hidrograful debitelor afluente Q (t). În conformitate cu figura 5.1 fenomenul poate fi exprimat prin ecuația :

care arată că diferența între volumele afluente și defluente, într-un interval de timp dt, provoacă o supraînălțare dh a nivelului în lac.

Se observă că dacă se admite că suprafața lacului S este constantă deasupra crestei deversorului, în punctul de intersecție dintre cele două unde figura 5.2 Q = q și deci:

h este legat printr-o funcție directă (cheia deversorului) de q, înseamnă că la intersecție :

Și că debitul defluent atinge aici valoarea maximă.

Ecuația diferențială (15) este dificil de integrat riguros pentru un caz practic, din cauza funcțiilor Q(t) și S (h) greu de exprimat analitic. O rezolvare comodă se poate da prin intermediul epurei din figura 5.3, care reprezintă integrarea prin diferențe finite a ecuației. (Radu Priscu – construcții hidrotehnice vol. 1 ).

Epura atenuării

Pentru integrarea grafică, în epură se trasează :

Cheia deversorului q(h), care reprezintă debitele defluente la diverse înălțimi ale lamei deversante;

Curba volumelor din lac V (h) situate deasupra crestei deversorului;

Curbele V – ∆V/2 și V+∆V/2, care rezultă calculând volumele ∆V=q∆t deversante la diverse înălțimi de lame h, într-un interval de timp ales ∆t = 2….5 ore, și așezându-le cu mijlocul pe curba V (h).

Din hidrograful viiturii Q(t) (fig 5.2 ) se pot duce succesiv volumele afluente în intervale ∆t .

Epura se întocmește așezând, din originea 0 spre dreapta, primul volum afluent și ridicând din capătul său o linie de rapel care se oprește pe curba V+ ∆V/2. La acest nivel se așază, începând de la curba V-∆V/2 spre dreapta, volumul afluent următor. Din capătul său se ridică o linie de rapel care se oprește pe curba V + ∆V/2 și așa mai departe. Treptele obținute reprezintă tocmai supraînălțările nivelului din lac, care s-au produs la intervale ∆t. Raportându-le la cheia deversorului se obține cu ușurință curba defluente q(t) (fig. 5.2)

Se poate arăta cu ușurință că treptele obținute au ținut seama de faptul că volumele deversante în intervalele ∆t nu provoacă supraînălțări ale nivelului. Se admite că volumul mediu evacuat într-un interval ∆t este egal cu produsul dintre debitul mediu evacuat într-un interval ∆t este egal cu produsul dintre debitul mediu evacuat și timpul ∆t:

,

Figura AUtocad

(Radu Priscu – construcții hidrotehnice vol 1 ).

5.6.2 Acumulările frontale

Acumulările frontale modifică unda de viitură în zona de bază (figura 4.6); când are loc trecerea unei viituri printr-o astfel de acumulare, o parte din volumul undei este reținut în acumulare, iar o altă parte este evacuat prin descărcători (de suprafață și golire).

Qaf max, debitul maxim afluent; Qdef max, debitul maxim defluent; tc și t'c , durata de creștere a viiturii în regim natural respectiv amenajat; tt, durata totală a viiturii

În momentul în care nivelul apei în lac atinge cota maximă, atunci se înregistrează debitul maxim defluent Q max .

La începerea viiturii, adică la momentul t0 în prima fază debitele defluente sunt mai mari decât cele afluente, iar vârful viiturii defluente este mult redus.

Atenuarea undei de viitură în acumulări se exprimă prin coeficientul de atenuare α, iar gradul de atenuare este notat cu β

Respectiv

Volumul de apă reținut în acumulare este egal cu volumul de apă evacuat, t'c > tc, iar durata totală a viiturii atenuate este mult mai mare decât cea a viiturii naturale; se constată că atenuarea cu ajutorul acumulărilor frontale depinde în mare măsură de volumul undelor de viitură în regim natural și mai puțin de debitele maxime ale viiturilor naturale.

5.6.3 Acumulările laterale

Modifică unda de viitură în zona de vârf . În momentul în care cota maximă (zmax) corespunzătoare debitului maxim în regim natural depășește cota superioară (zD) a crestei deversorului de acces în acumulare, se produce modificarea undei de viitură. . Accesul apei în acumulare are loc numai pentru debite mai mari decât debitul de admisie (Qad), iar debitul maxim natural este redus până la valoarea debitului defluent maxim .

Figura 4.7 Efectul acumulărilor laterale asupra undei de viitură. 1. unda de viitură în regim natural; 2. cheia limnimetrică în secțiunea de acces; 3. unda de viitură atenuată;4. volumul acumulat; 5. volumul evacuat prin admisie; 6. volumul evacuat prin golirea de fund;Qafmax, debitul maxim afluent în regim natural; Qdefmax, debitul defluent maxim; Qad, debitul de admisie în acumulare; zD, cota superioară a crestei deversorului

Momentul umplerii acumulării, tu este momentul în care nivelul apei în râu este egal cu nivelul apei din acumulare, iar admisia apei în acumulare în acel moment se face înecat și efectul de atenuare se reduce. Dacă acumularea se umple după atingerea timpului de concentrare, adică tu>tc, atunci are loc un efect de atenuare, iar în cazul contrar adică pentru tu≤tc nu se obține nici un efect de atenuare (figura 4.8) și acumularea laterală este subdimensionată.

Atenuarea undelor de viitură realizată cu ajutorul acumulărilor laterale este în funcție atât de debitul maxim în regim natural cât și de forma undei de viitură naturală; în același timp atenuarea este influențată și de cheia limnimetrică trasată în secțiunea de acces în acumulare.

5.6.4 Acumulările mixte

Produc atenuarea mai pronunțată a undelor de viitură (figura 4.9) și prin intermediul lor este înlăturată dependența debitului maxim atenuat de cheia limnimetrică și de forma undei de viitură în regim natural.

Prin realizarea acumulărilor mixte sunt inundate cu o frecvență mai redusă compartimentele incintelor care pot fi utilizate pentru culturi adecvate. Din figură se observă că efectul acumulărilor mixte asupra undelor de viitură este asemănător cu efectul acumulărilor frontale.

5.7 Amplasare a lacurilor de acumulare

La alegerea amplasamentului lacurilor de acumulare trebuie să se țină seama de următorii factori: hidrometeorologici, topografici, geologici, hidrogeologici și geotehnici, economici și sociali și alți factori specifici fiecărui amplasament (Băloi V., 1967).

5.7.1. Factorii hidrometeorologici

Factorii hidrometeorologici prevăd:

‐ existența unui bazin de recepție aferent amplasamentului suficient de mare, care să permită colectarea unui debit lichid necesar umplerii lacului și acoperirii pierderilor de apă prin infiltrație, evaporație și îngheț;

‐ existența unui debit solid cât mai mic pentru evitarea colmatării rapide a lacului de acumulare;

‐ dacă este posibil se recomandă ca direcția văii pe care este amplasat lacul, să fie cât mai apropiată de o perpendiculară pe direcția vântului dominant; în acest fel se micșorează lungimea luciului de apă pe direcția de bătaie a vântului și se obțin valuri mai mici și pierderile de apă prin evaporație sunt mai mici;

‐ se recomandă ca barajul să fie amplasat imediat aval de o curbură a cuvei lacului pentru solicitări cât mai mici date de valuri (acestea se distrug pe versanții limitrofi) (figura 14).

5.7.2 Factorii topografici

Acești factori urmăresc ca:

‐ depresiunea să fie cât mai îngustă în dreptul amplasamentului barajului și să se lărgească în amonte de baraj pentru a forma o cuvă cât mai încăpătoare;

‐ pantele talvegului lacului să fie cât mai mici;

‐ malurile văii să fie cât mai înalte și abrupte.

5.7.3 Factorii geologici, hidrogeologici și geotehnici

‐ rocile să fie puțin permeabile, fără fisuri, crăpături și goluri, iar stratificația lor să fie orizontală;

‐ pe versanții limitrofi ai lacului și chiar pe întregul bazin de recepție al lacului să fie cât mai reduse procesele de eroziune și de alunecări de teren;

Figura 14 Amplasarea barajului ținând seama de vânturile dominante din zonă

‐ pe versanții limitrofi lacului, dar mai ales în zona barajului să nu fie izvoare de mal, care le periclitează stabilitatea;

‐ să se găsească în apropierea barajului o carieră de pământuri bune ca material de construcție, iar terenul de fundație să fie rezistent la compresiune;

‐ să se țină seama de condițiile de amplasare a construcțiilor și instalațiilor hidrotehnice necesare pentru evacuarea apei; în acest sens se recomandă ca vanele din corpul barajului să fie amplasate pe terenuri de fundație rezistente, iar deversoarele laterale să fie amplasate pe versanții cu pante mai mici și regulate, fără pericol de alunecări de teren și pe cât posibil în lipsa izvoarelor de coastă (se urmărește astfel obținerea unui volum redus de excavații și consolidări, obținerea unui canal de fugă cu un număr redus de căderi și asigurarea stabilității acestui canal).

5.7.4 Factorii economici și sociali

Respectă următoarele condiții:

‐ terenurile viitoarei cuve a lacului să fie cu valoare scăzută (mlăștinoase, inundabile, sărăturate sau cu apa freatică la mică adâncime), iar obiectivele din amplasamentul acumulării să fie fără importanță majoră în vederea efectuării de exproprieri cât mai reduse;

‐ lacurile de acumulare să fie amplasate cât mai aproape de folosințele pe care le satisfac și de obiectivele pe care le apără împotriva inundațiilor;

‐ indicele de calitate al acumulării, adică raportul dintre volumul de terasamente din corpul barajului și volumul de apă din acumulare să fie cât mai mic;

‐ amplasamentele să fie alese astfel încât măsurile de consolidare, exploatare și întreținere a lucrărilor să fie cât mai reduse;

‐ zona de umbră a barajului (adică lunca din aval de baraj care ar fi afectată în cazul cedării barajului), să nu fie ocupată cu centre populate sau alte obiective;

‐ apa din lac să aibă adâncimi suficient de mari pentru a nu se dezvolta țânțari și a reduce pierderile prin evaporație; când pe anumite porțiuni de lac, malurile nu sunt abrupte, iar apa are adâncimi mai mici de 1,5 m pe mai mult de 12

‐ 15% din suprafața lacului se vor lua măsuri de îndiguiri sau se va renunța la acumulare;

‐ apa din lac să fie de calitate corespunzătoare pentru vite și păsări;

‐ lacul de acumulare să fie cât mai aproape de centre populate pentru a putea servi și ca agrement și pentru a putea asigura diluția apelor menajere în aval.

5.8 Curbele caracteristice ale lacurilor și indicatori tehnici și economici

Principalele curbe caracteristice ale lacurilor de acumulare sunt:

‐ relația dintre suprafața luciului de apă a lacului, S (km2 ) și nivelul apei în lac, H (m);

‐ relația dintre volumul lacului de acumulare, W (mil.m3 ) și nivelul apei în lac , H (m);

‐ relația dintre volumul de material pus în operă în corpul barajului, V (mii m3 ) și nivelul apei în lac, H (m).

Deci, S, W și V, au o valoare precisă pentru o cotă a nivelului apei în lac. Deoarece, în fazele de studiu ale amplasamentului unui lac se analizează diferitele cote posibile de retenție, iar în fazele de exploatare a unui lac se urmărește tot timpul modul de variație a nivelului în lac, cunoașterea variației acestor elemente este foarte utilă în practică și drept urmare pentru fiecare lac în parte se construiesc aceste trei curbe caracteristice tehnice.

Când se determină primele două curbe caracteristice tehnice, trebuie să se țină seama de faptul că luciul apei în lac nu este orizontal ci prezintă un anumit remuu. Calculele de remuu pot fi neglijate la lacurile de adâncimi mari amplasate în zona de munte și de deal, lucru care nu poate fi făcut la lacurile din zonele de șes amplasate pe râuri mari.

Principalii indicatori tehnici și economici ai lacurilor sunt:

‐ costul terasamentelor din corpul barajului;

‐ investiția totală a amenajării;

‐ investiția specifică a acumulării;

‐ indicele de calitate al acumulării.

(Giurma I. ș.a., 1987; Băloi V. ș.a., 1978)

5.9. Volumele caracteristice ale lacurilor

Pentru lacurile de acumulare amplasate în zona montană, în general se disting următoarele volume caracteristice, delimitate de o serie de niveluri caracteristice (Teodorescu I., Filotti A. ș.a., 1973; Breabăn V., 1997) (figura 15):

‐ volumul de aluviuni Wa care urmează să se depună în lacul de acumulare până la sfârșitul perioadei de funcționare, numit impropriu și volum mort (volum nefolosit), volum delimitat de cota (nivelul) talvegului (NT este dat de cota terenului cea mai redusă din cuva lacului de acumulare) și nivelul prizei de apă (NP este nivelul de la marginea inferioară a conductelor prin care se prelevă apa din acumulare pentru folosințe, deci acest nivel corespunde cotei minime până la care poate fi coborâtă apa în lacul de acumulare astfel încât volumele de apă captate să mai poate fi utilizate); trebuie remarcat faptul că această delimitare este improprie, deoarece aluviunile se depun în lac pe întreaga suprafață a cuvei lacului, cele grosiere la intrarea în lac și cu cât ne apropiem de baraj se depun aluviuni din ce în ce mai fine;

‐ volumul de siguranță sau volumul rezervei de fier Wrf cum este denumit în cazul folosirii lacului de acumulare pentru hidrocentralele mari, delimitat de nivelul prizei de apă NP și nivelul minim tehnic (NmT este dat de cota minimă la care funcționează priza în condiții de siguranță); când lacul de acumulare este proiectat pentru hidroenergetică, alimentări cu apă și irigații, este necesar ca Wrf să reprezinte 5 ‐ 10% din volumul util al lacului;

‐ volumul utilizabil Wut efectiv, cuprins între nivelul minim tehnic NmT și nivelul normat de retenție sau nivelul maxim normal (NNR este nivelul cel mai ridicat al apei în lacul de acumulare în cursul unei exploatări normale, exclusiv perioadele de viitură);

Figura 15 Volumele caracteristice delimitate prin niveluri caracteristice în lacurile de acumulare amplasate în zone montane

‐ volumul util al lacului Wu, care este utilizat pentru regularizarea energetică a debitelor cuprins între nivelul minim energetic de exploatare (NmE este nivelul minim de exploatare hidroenergetică normală a lacului) și NNR;

‐ volumul de atenuare a viiturilor; WAT = Wpr + Wat; Wpr este volumul de atenuare sub cresta deversorului numit și volum de protecție și este delimitat de NNR și nivelul crestei deversorului (NCD reprezintă cota cea mai coborâtă la care este posibilă evacuarea unor debite prin descărcătorul de suprafață al acumulării; la unele acumulări NNR = NCD și atunci ele funcționează numai cu Wat; Wat este volumul de atenuare propriu ‐ zis sau volumul de atenuare peste creasta deversorului și este delimitat de NCD și nivelul maxim de retenție (NMR (NVC) este nivelul maxim extraordinar, adică nivelul cel mai ridicat la care poate ajunge apa în perioadele de ape mari numit și nivelul viiturii de calcul); în general se indică nivelul maxim al apelor cu probabilitatea de dimensionare și de verificare a siguranței construcției; peste acest nivel se prevede o înălțime de gardă (de siguranță).

Pe lângă nivelurile caracteristice amintite la delimitarea volumelor caracteristice, în practică se mai întâlnesc și alte niveluri caracteristice cum ar fi:

‐ nivelul golirii de fund NGF este dat de cota marginii inferioare a celui mai coborât orificiu de evacuare a apei din lac; acest nivel reprezintă nivelul minim până la care se poate coborî apa în lac, prin lucrările existente în cadrul amenajării respective;

‐ nivelul crestei stavilelor de pe deversor NCS este nivelul maxim până la care este posibilă reținerea apei în lac fără deversare și acest nivel apare numai în cazul lacurilor de acumulare cu descărcători controlați);

‐ nivelul coronamentului sau crestei barajului NCB; dacă coronamentul barajului nu este orizontal, atunci se ia în considerare cota cea mai coborâtă a coronamentului.

În practică se mai folosesc și o serie de combinații între volumele caracteristice amintite anterior și anume: ‐ volumul util total (WUT este format din volumul util al lacului și volumul de atenuare);

Wut=WU – WAT

‐ volumul total al lacului (WT este volumul corespunzător NNR);

Wt=Wa+Wrf+Wut

‐ volumul maxim (Wmax este volumul corespunzător nivelului maxim de retenție);

Wmax=WT + WAT

Având la bază aceste volume caracteristice ale lacurilor de acumulare se definesc o serie de indici caracteristici ai lacurilor și anume:

‐ indicele de acumulare anuală: – volumul afluent mediu in lac ;

‐ indicele util al perioadei de golire, unde Wg este volumul mediu afluent în perioada de golire

‐ indicele util al perioadei de umplere; unde Wum este volumul mediu afluent în perioada de umplere a lacului.

Pentru caracterizarea funcțională a acestor tipuri de lacuri de acumulare este necesară definirea unor parametrii cum ar fi debitele caracteristice. La determinarea acestor debite este necesară cunoașterea unor curbe caracteristice ale debitelor evacuate de diferite descărcătoare în funcție de nivelul apei în lac. De obicei aceste curbe se construiesc în ipoteza în care toate vanele și stavilele sunt deschise. Pe aceste curbe se nominalizează debitele caracteristice cum ar fi: debitele maxime capabile ale deversorului și ale golirii de fund care reprezintă debitele evacuate dacă nivelul apei atinge cota coronamentului barajului. Aceste debite se iau în considerare la determinarea condițiilor de rupere ale barajelor și la studierea efectelor din aval în eventualitatea unor ruperi.

Pentru lacurile de acumulare amplasate în zone colinare și care nu au rol hidroenergetic în general se disting următoarele volume caracteristice, delimitate de o serie de niveluri caracteristice (Băloi V. ș.a., 1978, 1980) (fig.16):

‐ volumul de aluviuni Wa, delimitat de cota talvegului CT și NVA (nivelul volumului de aluviuni); acest volum este dat de capacitatea rezervată în lacul de acumulare în vederea sedimentării aluviunilor pe întreaga perioadă de funcționare a lor și pentru satisfacerea cerințelor sanitare; acest volum asigură un volum minim cerut de folosință, fără ca apa sub acest nivel să fie captată pentru consum; el este un volum intangibil și de aceea se numește impropriu volum mort;

‐ volumul de siguranță Wsig delimitat de NVA și nivelul minim de exploatare Nm ex; când lacul de acumulare este proiectat în scopul alimentării cu apă a centrelor populate agricole, acest volum poate atinge 30 ‐ 40 % din volumul util;

‐ volumul util Wu, delimitat de nivelul minim de exploatare Nm ex și nivelul maxim de exploatare NMex și se compune din două părți: volumul utilizabil efectiv și volumul pierderilor prin infiltrație și evaporație; volumul utilizabil în unele cazuri este folosit numai pentru satisfacerea cerințelor folosințelor consumatoare de apă, iar în alte cazuri, pe lângă acestea el asigură debitul de diluție și cel de scurgere salubră și cu nivel minim în albie în aval de acumulare necesar pentru funcționarea normală a folosințelor întâlnite pe traseul cursului de apă;

‐ volumul de atenuare WAT delimitat de NMex și nivelul viiturii de calcul NVC, volum ce reprezintă capacitatea de atenuare a lacului; WAT = Wpr + Wat; deci capacitatea de atenuare cuprinde volumul de protecție Wpr delimitat de NMex și NNR (nivel normal de retenție) care de obicei coincide cu creasta deversorului și volumul de atenuare propriu ‐ zis Wat delimitat de NNR și NVC, numit volum de atenuare peste creasta deversorului; existența lui Wpr și a lui Wat depinde de condițiile locale referitoare la înălțimea barajului și de cerințele cu privire la valoarea maximă a debitului defluent din lac.

În practică cele mai răspândite lacuri de acumulare sunt cele din zona colinară realizate de obicei prin baraje de pământ sau materiale locale, care au ca scopuri principale: atenuarea undelor de viitură pentru apărarea împotriva inundațiilor a obiectivelor importante din aval aflate de obicei în apropierea lor și satisfacerea cerințelor de apă ale folosințelor din apropiere.

De precizat că volumele caracteristice folosesc la stabilirea înălțimii barajului, ulterior acestei proceduri alegându‐se tipul de baraj și efectuându‐se dimensionarea lui.

5.10 Efectul lucrărilor hidrotehnice de îndiguire a râurilor.

Îndiguirile se folosesc în general pe sectoarele inferioare ale râurilor, dar pentru reprofilarea secțiunilor la ape mari se pot aplica și pe sectoarele celelalte (superior și mijlociu); deoarece îndiguirile produc dezatenuarea naturală a viiturilor și de asemenea produc mari perturbații în regimul hidrologic al râurilor, se recomandă ca acestea să fie folosite ca metode de apărare în sectoarele inferioare, unde digurile se pot amplasa la distanțe mai mari de malurile albiilor principale și unde lățimea luncilor de apărat corespunde economic; în celelalte sectoare (superior și mijlociu) ale cursurilor de apă se practică îndiguirile numai atunci când este cazul; aici pe lângă faptul că nu se pot amplasa la distanțe mai mari de malurile albiilor principale, lățimile zonelor de apărat sunt așa de mici, încât nu se justifică îndiguirile și drept urmare sunt recomandate alte lucrări pentru prevenirea și stăvilirea inundațiilor (regularizarea scurgerii pe versanți, mărirea capacității de transport a albiei principale prin lucrări de regularizări de râuri, acumulări, derivații etc.).

Digurile sunt ramblee de pământ cu trasee lungi care apără terenurile și obiectivele afectate împotriva inundațiilor; ele au un traseu cvasiparalel cu cel al râurilor și sunt încastrate în zonele înalte ale terenului (figura 17).

La o lucrare de îndiguire, se disting trei zone (figura 17):

‐ zona digului sau ampriza;

‐ zona apărată de inundații (incinta îndiguită) sau zona interioară;

‐ zona exterioară sau zona dig‐mal (zona cuprinsă între dig și albia principală a râului, zonă inundată în timpul viiturilor).

Alegerea traseului digului se face în general, ținând seama de o serie de criterii și anume: hidraulic, geotehnic, economic și al punctelor obligate. Digurile se trasează de obicei paralel cu direcția de scurgere a apelor mari, urmărind în general curbele mari ale râului; nu se aleg aliniamente prea lungi și nu se urmăresc toate meandrele râului; în curbe distanța dig‐mal se micșorează pe malul convex în aval de vârful curbei și pentru malul concav în amonte (figura 18)

5.10.1 Criteriul hidraulic

Scoate în evidență faptul că la trasarea digurilor, cursul de apă nu trebuie să fie puternic încorsetat, adică să nu se producă supraînălțări de niveluri prea mari și perturbații puternice ale scurgerii; deci după acest criteriu distanța dig‐mal trebuie să fie cât mai mare pentru ca efectul de dezatenuare a viiturii pe care‐l au digurile să se manifeste cât mai puțin, astfel ca să nu aibă loc creșteri prea mari ale debitului scurgerii de viitură în sectorul aval de îndiguire.

5.10.2 Criteriul geotehnic

Recomandă trasarea digurilor pe terenuri de fundație corespunzătoare și indică materialul de construcție care urmează să fie folosit în executarea digurilor.

5.10.3 Criteriul economic

Ține seama de faptul că la unitatea de lungime a digului să corespundă un volum de terasamente cât mai redus și o suprafață de teren apărată împotriva inundațiilor cât mai mare.

5.10.4 Criteriul punctelor obligate

Ia în considerare centrele populate sau alte construcții de pe malul cursului de apă, în trasarea digului.

După stabilirea traseului digului, la proiectarea acestuia se ține seama de: alegerea materialului de construcție pentru execuție, dimensionarea digului, consolidarea și protecția acestuia, procesul tehnologic, calcule economice, lucrări anexe pentru funcționarea în condiții bune a digului etc.; toate aceste aspecte sunt prezentate în literatura de specialitate

Deși în general nivelul apei în lac se găsește sub nivelul deversorilor de suprafață, și deci o parte din volumul de apă al viiturii se poate înmagazina în lac este recomandabil a nu se conta pe acest aport. Calculul se faci deci considerând că la începutul viiturii nivelul apei în lac se găsește la cota crestei deversorilor și ca urmare numai volumul situat deasupra acestei cote contribuie la reducerea defluente din lac. (Radu Priscu – construcții hidrotehnice vol. 1 ).

5.11 Modelarea tranzitării viiturilor prin albie în regim amenajat.

5.11.1 Lucrări de regularizare a albiilor cursurilor de apă

Figură 69 – Scopul lucrărilor de regularizare

Aceste lucrări de regularizare în albie pot fi de mai multe categorii: lucrări de tip ușor și lucrări de tip masiv. În categoria lucrărilor de tip ușor intră lucrările permeabile și lucrările de dirijare. Regularizarea prin lucrări permeabile au rolul de a spori rugozitatea albiei, de a modifica distribuirea vitezelor și a debitelor în modul dorit și de a reține aluviunile purtate de curent; aceste lucrări au un caracter provizoriu și pot fi: arbori înecați, panouri fixe sau oscilante, gărdulețe, plase de sârmă etc.

Regularizarea prin lucrări de dirijare a curenților se execută cu scopul de a obține adâncimea albiei, de a apăra taluzurile și prizele de apă împotriva aluvionării; ele sunt de tipul panourilor de dirijare.

Regularizarea prin lucrări de tip masiv se face prin construcția de: epiuri, diguri longitudinale de dirijare în albie, traversele și închiderile brațelor secundare și praguri de fund.

Regularizarea albiilor minore ale cursurilor de apă au ca scop mărirea capacității de transport a acestora pentru a putea tranzita în condiții mai bune debitele de viitură.

Mărirea capacității de transport a unei albii se poate realiza printr-o serie de lucrări care pot fi puse în evidență în urma analizării relației de calcul a debitului tranzitat prin albie:

unde: ω, secțiunea de scurgere; C, coeficientul lui Chezy; R, raza hidraulică; j, panta hidraulică; n, coeficientul de rugozitate.

Acest debit poate fi sporit prin mărirea lui ω și a lui j sau prin reducerea lui n; aceste măsuri se pot aplica separat sau combinat.

Mărirea lui ω se face prin reprofilarea (recalibrarea) acesteia (figura 4.12), iar a lui j prin

rectificarea traseului albiei minore (figura 4.13) (reducerea lungimii traseului albiei minore în timp ce diferența de cotă amonte-aval zA-zB în regim natural și amenajat este aceeași, conduce la mărirea pantei hidraulice).

Reducerea lui n pentru o albie minoră se poate realiza prin lucrări de întreținere (înlăturare a depunerilor aluvionare, tăierea arboretului din albie și cosirea vegetației, demolarea construcțiilor nefuncționale din albie etc.) sau prin lucrări de pereere a albiilor naturale (aplicarea unor îmbrăcăminți de beton sau zidărie de piatră pe taluz și pe fundul albiei etc.).

Efectul lucrărilor de regularizare a albiilor minore este că la același debit transportat, scade cota suprafeței libere a apei (figura 4.14).

În consecință, în urma acestor amenajări de albii minore se modifică cheia limnimetrică în sensul reducerii nivelului undelor de viitură (figura 4.14), iar hidrograful debitelor rămâne neschimbat.

Efectul acestor lucrări are loc în zona amenajată a râului și imediat amonte de această zonă, iar în aval nu se manifestă (figura 4.15).

La amenajarea albiilor minore ale râurilor, un loc special îl ocupă lucrările de traversare (poduri, traversări de cabluri sau conducte etc.), care sunt executate cu deschideri și înălțimi insuficiente tranzitării debitelor maxime ale viiturilor; în aceste cazuri apare o supraînălțare ∆z nivelurilor maxime sub forma unui remuu pozitiv, care poate avea uneori o lungime ∆L foarte mare, chiar de ordinul kilometrilor.

Se recomandă execuția acestor lucrări cu deschideri mari și la cote corespunzătoare pentru a obține în dreptul lor, valoarea unor niveluri echivalente regimului natural.

Propuneri de regluarizare a râulu Uz aval de acumularea Poiana Uzului.

Având în vederea analiza cantitativă pe care am efectuat-o cu ajutorul programelor de modelarea hidrraulică și hidrologică se impune ca pentru creșterea siguranței de tranzitare a debitelor în aval de acumulare să fie impuse măsuri specifice pentru tranzitarea în siguranță a debitelor evacuate din acumulare cu o probabilitate de 1 %.

Din analiza cantitativă a debitelor de apă pe râul un s-a putut constata ca o problema generală exista la tranzitarea viiturilor acolo unde sunt prezente poduri subdimensionate , dar și în zonele unde case sunt foarte apropiate de albia minoră a râului U, dar și în zonele unde cotele terenului sunt joase.