PROIECTARE SPAȚIU RELAXARE STUDENȚI PANOU FOTOVOLTAIC [309679]

UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” [anonimizat].

[anonimizat]:

CONF. DR. ING. DANIELA ELENA NISTORAN GOGOAȘE

Absolvent: [anonimizat]2018-

[anonimizat], râu și afluenți

Caracteristicile amenajărilor hidroenergetice de pe râul Doftana

Date tehnice pentru AHE Paltinu: barajul, lacul și centrala

CHEMP Câmpina

Date hidrologice. Curbe caracteristice ale debitelor la SH Câmpina

Curba de regim a (Hidrograful) Q medii zilnice. Analiza hidrologica: maxima/minima istorica, Q modul, frecvență și caracteristici viituri specifice. Ani secetosi/ploiosi/normali dpdv hidrologic

Curba de probabilitate de depasire (asigurare) a Q medii zilnice

Curba de probabilitate de nedepășire a Q medii zilnice

Curba integrala a debitelor ?

Curba de frecvență a Q medii zilnice

Hidrograful Q medii lunare multianuale. Media statistica multianuala a debitelor lunare. Comparatie cu hidrograful Q medii zilnice.

Curba de durata a Q medii și minime lunare. Comparatie cu Q medii zilnice.

Analiza hidrografică în mediu GIS pornind de la date topografice satelitare (BH Doftana)

Delimitare BH după punctul de inchidere

Delimtare sBH afluenti și extragere retea hidrografica

Analiza caracteristici: lungime, arie, [anonimizat] a suprafetei BH

Extragere Profil în lung râu 3D. Panta medie.

Mărimile caracteristice ale bazinului hidrografic Doftana

Curbe de nivel. Curba hipsometrică a [anonimizat] (thin-film)

Partea electrică

Sisteme on grid / conectate la retea

Sisteme off grid / [anonimizat]-grid de mică putere (amplasat pe acoperisul corpului Ela), a unei pompe de recirculare a [anonimizat].

[anonimizat], în comun cu panoul fotovoltaic și fantana arteziana

CUPRINS

Capitolul 1 4

1. Descrierea bazinului hidrografic al Doftanei și a MHC-urilor 4

1.1. [anonimizat] 5

1.2. Caracteristicile amenajărilor hidroenergetice de pe râul Doftana 6

1.3. Barajul Paltinu 11

1.4. [anonimizat] 2 16

Capitolul 2 18

2. Date hidrologice. Curbe caracteristice ale debitelor la SH Câmpina 18

2.1. Curba de regim(Hidrograful) a debitelor medii zilnice 22

2.2. Curba de durată/curba probabilității de depășire a debitelor medii zilnice multianuale 22

2.3. Curba de frecvență 24

2.4. Curba de regim a [anonimizat] 27

Capitolul 3 29

3. Analiza hidrografică în mediu GIS pornind de la date topografice satelitare (BH Doftana) 29

3.1. Delimitare subbazine afluenți 29

3.2. Mărimile caracteristice ale bazinului hidrografic Doftana 31

3.2.1. Suprafața și forma bazinului hidrografic 31

3.2.2. Lungimea bazinului hidrografic, L 31

3.2.3. Lățimea medie a bazinului hidrografic, B 32

3.2.4. Coeficientul de alungire 32

3.2.5. Coeficientul de asimetrie a bazinului hidrografic 32

3.2.6. Coeficientul de formă a bazinului hidrografic 33

3.2.7. Coeficientul de elongație 33

3.2.8. Indicele de formă 33

3.3. Parametrii morfometrici ai rețelei hidrografice 34

3.3.1. Profilul transversal al albiei 34

3.3.2. Profilul longitudinal al albiei 34

3.3.3. Densitatea rețelei hidrografice 35

3.4. Ordinul rețelei hidrografice 36

3.5. Epura de variație a suprafeței bazinului hidrografic 36

Capitolul 1

1. Descrierea bazinului hidrografic al Doftanei și a MHC-urilor

1.1. Descriere bazin hidrografic, râu și afluenți

Râul Doftana este un afluent de stânga al râului Prahova, care este la rândul său un afluent de stânga al râului Ialomița. Ialomița se varsă direct în Dunăre (Fig. 1.1).

Fig 1. 1. Bazinul hidrografic Doftana cu afluenții săi, în cadrul BH Prahova

„Bazinul hidrografic sau bazinul de recepție al unui curs de apă, este suprafața de pe care este colectat debitul de apă al acelui curs de apă. Linia care delimitează bazinul hidrografic se numește cumpăna apelor”(Fig. 1.2).

Suprafața drenată de BH Doftana este de 414 km2, între cota maximă de 1903 m și cea minimă, de 360 m, iar lungimea cumpenei apelor acestuia (perimetrul BH Doftana) este de 463 km.

Bazinul hidrografic al râului Doftana se află în județul Prahova, România.

Râul Doftana izvorăște din Munții Baiului, pasul Predeluș (1450 m) și se varsă în Prahova în aval de municipiul Câmpina cu un debit modul la vărsare de 6,3 m3/s. Cursul superior al râului, amonte de confluența cu Urlățelu este uneori cunoscut drept Râul Predeluș.

Doftana are o pantă medie de 24,6‰. Ceea ce este deosebit la acest râu este calitatea apei, care este limpede și curată. La confluența cu râurile Păltinoasa și Secăria, apele Doftanei formează cel mai mare lac din județul Prahova, și anume lacul de acumulare de la Paltinu. Acesta este principala sursă de alimentare cu apă a județului Prahova, dar are și rol în producerea energiei electrice și irigații.

Fig 1. 2. BH Doftana cu afluenții săi și SH Teșila

Lungimea râului de la obârșie până la confluența cu râul Prahova, spre sud de Câmpina este de 51 km. Pe acest traseu, Doftana își făurește albia în munții Baiului și Bădilei, primind o serie de afluenți, începând de la izvor, pe partea stânga: Urlățelu, Valea Neagră, Negrașu, Mogoșoaia, Ermeneasa, Vâlceaua Vlădișor, Păltinoasa, Valea Grecilor, Brebu și Purcaru. Pe partea dreaptă își croiesc drum apele: Mușița, Glodoasa, Orjogoaia, Valea Seacă, Prislopul, Floreiul, Brădeasa și Secăria.

Singura stație hidrometrică de pe Doftana este la Teșila, cu înregistrări între 1926-2008, situată la distanța de 25 km de izvor, cota/altitudinea de 1200 m, iar aria drenată de BH fiind de 288 km2. Viiturile cele mai frecvente apar în luna Iunie.

1.2. Caracteristicile amenajărilor hidroenergetice de pe râul Doftana

Valoarea mare a pantei medii a râului Doftana, specifică sectoarelor de munte ale râurilor a permis construcția mai multor amenajări hidroenergetice. Astfel, pe cursul Doftanei s-au construit 14 amenajări hidroenergetice (13 microhidrocentrale și o hidrocentrala, cu lacul de acumulare Paltinu). În fig. 1.3, s-au pozitionat SH de la Teșila împreună cu cele 7 microhidrocentrale în amonte de barajul Paltinu (proprietar Luxten S.A.) și cele 6 în aval de acesta(proprietar ELSID S.A.), cu captările și aducțiunile aferente acestora. Caracteristicile amenajărilor sunt prezentate în Tabelul 1.

Tabel 1.1. Caracteristicile amenajărilor hidroenergetice de pe râul Doftana

Fig 1. 3. Amplasamentul amenajărilor hidroenergetice de pe râul Doftana și SH Teșila

Amplasamentul MHC-urilor, a captărilor și a prizelor acestora a fost făcut în Google Earth, identificând locația fiecăreia pe imaginile satelitare (fig. 1.4). Fișierul cu toate aceste datele vectoriale (puncte), plus conturul lacurilor și barajelor Paltinu și Voila au fost salvate cu extensia *.kmz în coordonate geografice (WGS84). Acest fișier s-a deschis în Global Mapper și apoi s-au schimbat coordonatele în Stereo70 pentru a se putea suprapune peste celelalte seturi de date. Cotele au fost luate tot din Google Earth.

Fig 1. 4. Exemple de localizare în Google Earth a MHC-urilor

În fig. 1.5, se prezintă CHEMP Doftana 1 și conducta de aducțiune în timpul construcției. Poziționarea conductei pe traseu a avut în vedere respectarea normelor și legilor în vigoare, referitoare la condițiile de mediu.

Fig 1. 5. CHEMP Doftana 1 și conducta de aducțiune în timpul construcției

a)

b)

Fig 1. 6. CHEMP Paltinu 3 după retehnologizare. a) Robinet de reglare debit și dispozitiv de aerisire / dezaerisire; b) program SCADA

1.3. Barajul Paltinu

AHE Paltinu aparține Hidroelectrica S.A. Ea a fost proiectată de S.C. Aquaproiect S.A. și executată de S.C. Hidroconstrucția S.A.

Caracteristicile undei de viitură în secțiunea barajului sunt: durata totală, Tt = 46h, coeficientul de formă al hidrografului = 0,3, precipitația corespunzătoare probabilității de depășire de calcul, 1%, h1% = 66,2 mm.

Barajul Paltinu este un baraj de beton în arc, fiind situat în Județul Prahova, pe valea râului Doftana, în aval de confluența acesteia cu valea Păltinoasa, în cheile numite „La Tocile".

În secțiunea barajului, valea are un profil caracterizat prîntr-o asimetrie pronunțată. Pe malul stâng, se află o terasă cu o lățime de circa 100 m. Roca de bază este formată din gresie cu intercalații de șisturi marnoase și argiloase. Roca de bază este traversată de mai multe falii și un sistem complex de fisuri.

Din cauza condițiilor geomorfologice dificile ale amplasamentului, a fost adoptată varianta unui baraj de beton în arc cu dublă curbură cu rost perimetral. Această soluție a implicat realizarea unui soclu de fundație prelungit pe malul stâng cu o aripă parabolică. Acest soclu permite o simetrizare a secțiunii în care este executat barajul propriu zis și permite o preluare mai bună a diferențelor modulelor de elasticitate ale rocii de pe cei doi versanți. De asemenea, soclul permitea o adaptare mai bună la condițiile geologice locale, prin plombarea zonelor cu rocă alterată. Terenul de fundație a fost consolidat printr-un voal de etanșare realitat prin injecții cu lapte de ciment. Între barajul parabolic și versantul stâng s-a mai executat și o culee de beton, care contribuie la o conlucrare mai bună a barajului cu versantul.

Barajul are o înălțime deasupra fundației de 108 m(fig. 1.8), coronamentul barajului fiind la cota 654 mdM., lungimea totală a coronamentului barajului este de 455 m. Pentru stabilizare, au mai fost executate lucrări de consolidare a ambilor versanți prin ancorare cu cabluri pretensionate.

Cu toate aceste lucrări, în timpul primei umpleri a lacului, s-au constatât infiltrații mari pe sub soclu, depășind 150 l/s și deplasări ale structurii la contactul dintre arcul central și aripa parabolică. Ca urmare, s-au executat diferite lucrări suplimentare printre care suplimentarea voalului de etanșare, amplificarea sistemului de drenaj și acoperirea părții aval a versantului stâng cu blocuri de beton în trepte de 6 –8 m, ancorate în adâncime cu cabluri pretensionate. Cu aceste măsuri, infiltrațiile au încetat iar comportarea barajului și a versanților au rămas în limite admisibile.

Fig 1. 7. Plan de situație și secțiune prin barajul Paltinu

Fig 1. 8. Secțiune transversală prin barajul Paltinu

Lucrările de execuție a barajului Paltinu au început în 1966, barajul fiind dat în funcțiune în 1971. O a două etapă de consolidări a fost executată în intervalul 1976 – 1982.

Pentru evacuarea debitelor mari, a fost executat un descărcător de suprafață de tip pâlnie cu un debit de 760 m3/s. Tot în turnul deversorului pâlnie s-a mai executat o golire de semiadâncime, debitul fiind 150 m3/s. În plus, mai există și o golire de fund, executată într-o galerie de deviere de pe versantul drept, care a fost folosită și pentru devierea debitelor în timpul costrucției barajului. Golirea de fund este controlată prin vane situate la ieșirea galeriei de deviere și are o capacitate de descărcare de 50 m³/s.

Fig 1. 9. Barajul Paltinu(vedere de pe coronament) și descărcătorul de suprafață de tip pâlnie

Fig 1. 10. Barajul Paltinu, vedere dinspre aval

Barajul are două tipuri de descărcători de ape mari:

Descărcător de suprafață de tip pâlnie / evacuator de ape mari EAM (Qp=760 m3/s). Pentru evacuarea debitelor mari, a fost executat un descărcător de suprafață de tip pâlnie(fig. 1.9).

Goliri de fund GF1 și GF2 (Q = 20 + 50 m3/s). GF2 este echipată cu 2 vane plane în carcasă, de 1,1m x 1,5m, acțioate hidraulic. Vana din amonte este vană de siguranță iar cea din aval este vană de serviciu. Qmax ce poate fi evacuat prin GF2 este 47 m3/s, pentru a se evita apariția vibrațiilor. GF2 este executată într-o galerie de deviere de pe versantul drept, care a fost folosită și pentru devierea debitelor în timpul costrucției barajului. Golirea de fund este controlată prin vane situate la ieșirea galeriei de deviere și are o capacitate de descărcare de 50 m³/s.

Tot în turnul deversorului pâlnie s-a mai executat o golire de semiadâncime, (Q = 150 m3/s).

Fig 1. 11. Lacul de acumulare Paltinu pe râul Doftana

Lacul Paltinu servește în principal pentru alimentarea cu apă potabilă și industrială a municipiilor Câmpina și Ploiești. În subsidiar, barajul asigură și apă pentru irigarea a 9.000 ha în lunca râului Prahova în zona Băicoi-Ploiești și pentru salubrizarea râului Dâmbu din Ploiești. Pentru realizarea acestor efecte, barajul Paltinu este inclus într-un sistem de gospodărire a apelor din care mai fac parte următoarele lucrări:

Barajul Voila de pe râul Doftana;

Stația de tratare a apei potabile de la Voila;

Conducta de alimentare cu apă Voila-Ploiești care servește și la alimentarea cu apă a localităților de pe traseu;

Priza de pe râul Prahova din zona Băicoi:

Canalul Băicoi-Ploiești realizat pe prima porțiune în canal deschis deservind sistemul de irigații iar pe ultima porțiune în casetă de beton închisă pentru alimentarea cu apă a industriilor din zona Brazi;

Sistemul de puțuri pentru captarea apelor subterane din zona Băicoi sursă utilizată în paralel cu resursele râului Doftana pentru alimentarea cu apă potabilă;

Regularizarea râului Dâmbul în zona municipiului Ploiești și în aval.

Câteva date tehnice pentru lacul de acumulare Paltinu sunt enumerate în cele ce urmează:

Aria Bazinului hidrografic drenat de râu în sectiunea barajului: 334 km2

Altitudine medie a BH = 1136 m

Lungimea râului de la izvor până în secțiunea barajului: 30 km

Q mediu = 5.21 m3/s sau Q modul = 4.79 m3/s (vezi SEE la diverse pagini, 26 și 133)

Q maxime cu diverse probabilități de depășire în secțiunea barajului: Q0.5%= 529 m3/s, Q1%= 445 m3/s, Q2%= 360 m3/s, Q2%= 259 m3/s

Inalțime baraj, H = 108m din care creastă = 7 m

Lățime la creasta = 6 m, la creastă 16 m și 22 m la fundație

Înălțimea maximă a aripii parabolice = 35m

Lungimea totală la coronament = 460m.

Cota coronament: 652,15 mdM

Nivelul normal de retenție(NNR): 649 mdM

Nivelul minim excepțional(NmE): 600 m (MN)

Perioada funcționare: 1966 – 1986

Volum la NNR: 53 mil m3

Volum util : 47,12 mil. m3

Volum brut: 48, 848 mil. m3

Volum de atenuare a viiturilor la 1% (649-651,5m) = 5 mil. m3

Volum de atenuare a viiturilor la 0,1% (649-652,65m) = 7 mil. m3

Suprafață lac la NNR: 197,5 ha

Volum la NmE: 7,5 mil m3

Concluzionând, funcțiile lacului de acumulare Paltinu sunt:

Alimentare cu apă Qi= 3.1 m3/s;

Hidroenergetica: Pi= 10.2 MW, Qinst = 14 m3/s;

Irigații: 1400 ha;

Atenuare a viiturilor ;

Recreere (agrement, pescuit);

Asigurarea debitului salubru aval de baraj.

Centrala hidroelectrică Paltinu

La piciorul barajului s-a executat o centrală hidroelectrică cu o putere instalată de 10 MW. Centrala este echipată cu două turbine de tip Francis. Centrala este de tipul centrală-baraj, unde cota amonte sau nivelul retenției normale al apei este situat la 649 m.d.M., iar cota aval la 555 m.d.M., beneficiind deci, de o cădere de 94 m și un debit instalat de 15 m3/s. Aceasta centrală hidroelectrică produce o energie de 30,2 GWh/an.

În fig. 1.12, se prezintă schema hidrotehnică pentru alimentarea cu apă a orașului Ploiești: în aval de lacul Paltinu (1) și CHE cu același nume (2) se prelevează apa de la barajul Voila (3), apoi este tratâtă în stația cu același nume (4) fiind transportată prin conducta (5).

Fig 1. 12. Schema hidrotehnica pentru alimentarea cu apa potabila a orașului Ploiești

1.4. CHEMP Câmpina-Doftana 2

La CHEMP Câmpina-Doftana 2 sunt două microhidrocentrale într-o clădire comună , pentru turbinarea apelor provenite atât din râul Prahova, cât și din râul Doftana. Astfel în CHEMP intră două conducte de aducțiune venind de la Lunca Cornului de pe Prahova și de la Doftana 1 de pe Doftana.

Construcția tehnică este asemănătoare cu a celor două microhidrocentrale din amonte de Câmpina, pe râul Prahova. Este situată la cota 361 mdM. Căderea netă a aducțiunii atât de pe Prahova, cât și de Doftana este de 42,24 m.

Cele două turbine Crossflow cu ax orizontal cu care este echipată CHEMP Câmpina dezvoltă împreună o putere de 2,652 MW, producând o energie anuală de 13,02 MWh/an. Caracteristicile CHEMP Doftana 2 sunt trecute în Tabelul 2.

CHEMP Câmpina funcționează la un debit instalat de 8 m3/s, fiecare din cele două turbină primind câte 4 m3/s, împărțirea debitului realizându-se printr-un distribuitor.

Fig 1. 13. CHEMP Câmpina și bazinul compensator pentru următoarele trei MHC-uri din aval (Imagine Google Earth)

Capitolul 2

2. Date hidrologice. Curbe caracteristice ale debitelor la SH Câmpina

2. Date hidrologice

Datele utilizate la realizarea studiului hidrologic sunt cele prelevate în perioada 1964 – 2011 (48 de ani) de la stația hidrometrică Câmpina de pe râul Prahova, amplasată foarte aproape de confluența cu afluentul Doftana, întrucât nu s-a dispus de date hidrologice pe râul Doftana (la SH Teșila).

Pe baza acestora s-au determinat debitele medii lunare multianuale, debitele medii anuale, debitul mediu multianual (modul) în regim natural de scurgere împreună cu tipul anului hidrologic corespunzător, prezentate în Tabelul 2.5.

Diferențierea pe anotimpuri în regimul scurgerii se realizează în funcție de regimul precipitațiilor și al temperaturilor, în concordanță cu perioada sezonului de vegetație. Iarna, transportul celui mai mic volum de apă se explică prin persistența precipitațiilor solide și a regimului de îngheț. Primăvara se caracterizează prin cel mai ridicat grad de umiditate și cele mai abundente scurgeri, datorate topirii zăpezilor, prezenței ploilor, precum și absenței unei evapotranspirații intense și a unui covor vegetal compact.

Debitele maxime și viiturile se produc, de regulă, în sezonul cald (figura 2.1). În special vara au loc viituri, ca urmare a precipitațiilor torențiale din bazinul montan.

Debitele medii lunare multianuale, precum și minimele și maximele acestora, din perioada 1964 – 2011, inventariate în domeniul cercetat, sunt prezentate în tabelele 2.1, 2.2 și 2.3:

Tabel 2. 1. Debitele medii lunare multianuale pe râul Doftana în perioada 1964 – 2011, în m3/s

Tabel 2. 2. Debitele medii minime lunare multianuale pe râul Doftana în perioada 1964 – 2011, în m3/s

Tabel 2. 3. Debitele medii maxime lunare multianuale pe râul Doftana în perioada 1964 – 2011, în m3/s

Fig. 2. 1. Repartiția debitelor medii lunare, medii minime și maxime lunare multianuale înregistrate în perioada 1964 – 2011 pe sectorul analizat

O altă caracteristică, importantă de altfel, ce se poate desprinde din datele hidrologice furnizate de stația hidrometrică se referă la tipul anului hidrologic. Acesta constă în depistarea unor factori climatici cu privire la precipitațiile căzute în anul respectiv și se clasează după următoarele criterii:

unde Qan reprezintă debitul mediu din anul curent.

De la valorile maxime către valorile minime se consideră următoarele împărțiri:

Pentru respectarea condițiilor de mai sus se determină mai întâi împărțirea în câte trei intervale egale intervalul cuprins între debitul modul și debitul maxim multianual și intervalul cuprins între debitul modul și debitul minim multianual. Rezultatele astfel obținute s-au notat în tabelul 5, totodată s-a trecut și caracterul hidrologic corespunzător.

Tabel 2. 4. Calcule rezultate în urma relațiilor 2.1, 2.2.

Pentru valorile numerice considerate aplicăm relația 2 și se obțin:

foarte ploios (FP) pentru: 13,92≥ Qan > 11,96

ploios (P) pentru: 11,96 ≥ Qan > 10,01

normal (N) pentru: 10,01 ≥ Qan >6,77

secetos (S) pentru: 6,77≥ Qan > 5,49

foarte secetos (FS) pentru: 5,49 ≥ Qan ≥ 4,21 .

În tabelul 6, se completează ultima coloană cu tipul hidrologic al fiecărui an. Se reprezintă în consecință o diagramă(fig. 2.2) în care se constată că structura din punct de vedere hidrologic al perioadei de 48 ani este: FP – 3 ani, P – 9 ani, N – 23 ani, S – 7 ani, FS – 6 an.

Fig. 2. 2. Aparitia debitelor în functie de tipul hidrologic al anilor

Tabel 2. 5. Date hidrologice: debitele medii lunare mutianuale(Qlm), debitele medii anuale(Qma), debitul modul(Qm)

Curba de regim(Hidrograful) a debitelor medii zilnice

Curba de regim sau hidrograful reprezintă variația în timp a debitului. Pentru a reprezenta curba de regim, este important de stabilit perioada și pasul de timp pentru care se construiește.

Suprafața de sub curba de regim a debitelor semnifică un stoc/volum de apă.

Curba de regim a debitelor medii zilnice s-a reprezentat pe parcursul a 48 ani, aceasta fiind obținută cu ajutorul unor date din fișele de valori zilnice a debitelor medii înregistrate la SH Câmpina.

Fig. 2. 3. Curba de regim a debitelor medii zilnice între anii 1964-2011, SH Câmpina

Analizând acest grafic, se observă maxima/minima istorică înregistrată pe parcursul anilor de studiu. Din acest motiv, debitul maxim, înregistrat în data de 23.martie.2007, este de 125,64 mc/s, un debit destul de mare în comparație cu debitul modul sau debitul mediu multianual de 8,17 mc/s, de aici deducem faptul că în acea perioadă s-a produs o viitură de proporții.

Curba de durată/curba probabilității de depășire a debitelor medii zilnice multianuale

Dacă se ordonează descrescător debitele medii zilnice multianuale ce definesc anul hidrologic mediu, grupând fiecare valoare cu o probabilitate de depășire (p) anuală, va rezulta curba de probabilitate de depășire exprimată în procente (fig. 2.4), sau similar acesteia, curba de durată, în zile pe an (fig. 2.5). Aceste curbe sunt mai aplatizate decât cele cu același nume, obținute cu toate debitele medii zilnice, întrucât valorile folosite sunt deja mediate pe mai mulți ani, iar prin mediere se pierd din maxime.

Din aceste două curbe se remarcă faptul că debitul modul are probabilitatea p = 41%, căreia îi corespunde o perioadă de revenire/repetare, T = 1/p de 2,4 ani, ceea ce ne arată că debitul se repetă statistic o dată la 2,4 ani.

Altminteri, tot statistic, se poate afirma că timp de 150 zile dintr-un an hidrologic mediu, debitul ce se varsă în albie este mai mare decât debitul modul, iar în restul de 215 zile debitul scurs este sub această valoare. Această valoare este foarte utilă pentru determinarea duratei de funcționare a microhidrocentralei, la debitul instalat și deci, pentru determinarea energiei de proiect.

Fig. 2. 4. Curba de asigurare sau curba probabilității de depășire a debitelor medii zilnice

Fig. 2. 5. Curba de durată a debitelor medii zilnice multianuale

Dacă suprapunem graficul curbei de probabilitate de depășire pentru anul mediu hidrologic, exprimat în procente, cât și graficul curbei de asigurare pentru anii 1964  2011(48 ani), remarcăm faptul că prin medierea debitelor lunare multianuale se diminuează considerabil debitele foarte mari cât și cele foarte mici, astfel curba aplatizându-se(fig. 2.6).

Fig. 2. 6. Curba de asigurare pentru anul hidrologic mediu combinată cu curba de asigurare pentru cei 48 ani

Curba de frecvență

Frecvența este o mărime care arată de câte ori se produce un fenomen într-o unitate de timp.

Frecvența unui debit, dintr-un șir de debite dat, pe o perioadă dată de timp, arată numărul de apariții ale acelui debit din numărul total de apariții.

Se consideră că perioada caracteristică este formată dintr-un șir de N valori de debite medii lunare. Curba de frecvență este reprezentarea grafică a frecvențelor relative ale debitelor. Se recomandă alegerea unui număr de intervale m, acesta fiind dat de aproximarea prin adaos a valorii rezultate aplicând relația:

Mărimea unui interval va fi egală cu:

iar frecvența relativă pentru intervalul l, se calculează cu relația:

unde reprezintă numărul de valori de debite cuprinse în intervalul (Ql ,Ql + ΔQ).

Reprezentarea grafică a curbei de frecvență se realizează păstrînd în abscisă frecvențele, iar în ordonată debitele. Se examinează datele privitoare la debitele medii zilnice dintre anii 1964 2011, de la SH Câmpina pentru a se realiza graficul.

Se clarifică numarul de intervale m, din relația 2.3, cu N fiind egal cu numărul de zile corespunzător celor 48 de ani, adică N=17532 zile astfel:

,

rezultă că valoarea lui m pentru numărul de intervale de debite, aproximată prin adaos, deci se va alege m = 14.

Se calculează cu relația 2.4 mărimea unui interval ∆Q:

Se numără valorile pentru debit,corespunzător fiecărui interval nl, l=.

Frecvența relativă corespunzătoare fiecărui interval de debite se calculează cu ajutorul relației 2.5, iar valorile rezultate se vor centraliza în tabelul 2.6 și curba de frecvență se reprezintă în figura 2.7.

Tabel 2. 6. Mărimi calculate pentru reprezentarea curbei de frecvență

Fig. 2. 7. Curba de frecvență a debietelor medii zilnice dintre anii 1964 2011

Această curbă ajută la determinarea debitului instalat al unei hidrocentrale în faza de proiectare (debitul instalat se va alege ca fiind debitul cu frecvența maximă), sau la alegerea numărului de grupuri turbină – generator. Astfel, s-a determinat debitul instalat al CHE Câmpina ca fiind 8 m3/s.

Din curba de frecvență recalculată după aceeași metodologie ca mai sus, cu rezultatele centralizate în tabelul 2.7, se observă(fig. 2.8) că, în anul hidrologic mediu, debitul cel mai frecvent este în plaja 4-6 m3/s, motiv pentru care la CHEMP Câmpina s-a împărțit debitul instalat de 8 m3/s în două grupuri, ambele de câte 4 m3/s.

Tabel 2. 7. Mărimi calculate pentru reprezentarea curbei de frecvență pentru anul hidrologic mediu

Fig. 2. 8. Variația multianuală a debitelor medii anuale la SH Câmpina

Curba de regim a debitelor zilnice, medii multianuale

Debitele medii zilnice din cei 48 ani se mediază pe fiecare zi rezultând astfel un „an hidrologic mediu”. Pentru acesta s-au refăcut hidrograful(fig. 2.9), curba de durată și cea de frecvență.

Fig. 2. 9. Hidrograful debitelor medii zilnice multianuale

Din hidrograful debitelor zilnice medii multianuale se observă ca debitele cele mai mari sunt în lunile mai –iunie(cu maxima în mai), iar cele minime în ianuarie.

Variațiile multianuale ale debitelor medii, minime și maxime anuale

În figurile 2.10, 2.11 și 2.12, se constată că la stația hidrometrică Câmpina, debitele medii anuale au o ușoară scădere în perioada 1964-2011, pe când debitele maxime anuale au o scădere bruscă, iar cele minime înregistrează o creștere pe parcursul acestei durate.

Fig. 2. 10. Variația multianuală a debitelor medii anuale la SH Câmpina

Fig. 2. 11. Variația multianuală a debitelor maxime anuale la SH Câmpina

Fig. 2. 12. Variația multianuală a debitelor minime anuale la SH Câmpina

Perioada studiată fiind suficient de îndelungată se pot trage câteva concluzii, legate de aceste observații de mai sus, și anume că variațiile se pot datora influenței antropice a utilizatorilor, în această zona cu densitatea populației cea mai mare din țară, ori schimbărilor climatice.

Capitolul 3

3. Analiza hidrografică în mediu GIS pornind de la date topografice satelitare (BH Doftana)

3.1. Delimitare subbazine afluenți

După felul cum se efectuează distribuția apelor de scurgere dintr-un bazin hidrografic în albia râului principal, se stabilesc două categorii de regiuni și anume:

-subbazine hidrografice, de pe care scurgerea este transportată concentrat prin medierea unei rețele secundare de scurgere (afluenți) în râul principal;

-zone interbazinale, de pe care transportul scurgerii se efectuează pe întreaga lungime a frontului de contact dintre zone și râul principal.

Pentru a delimita subbazinele afluenților s-a folosit programul Global Mapper, unde am beneficiat si de o hartă a BH Doftana, cu extensia *.dem(fig. 3.1). Aceasta extensie este un acronim pentru modelul de altitudine digitală. Reprezentarea valorilor de coborâre continuă pe o suprafață topografică printr-o gamă regulată de valori z, referindu-se la o origine verticală comună. DEM-urile sunt de obicei folosite pentru a reprezenta terenul gol al pământului, lipsit de vegetație și caracteristici create de om. Pe langă această hartă, am mai avut nevoie și de rețeaua hidrografică a BH Doftana, folosind un fisier de tipul *.shp(fig. 3.1), care vine de la acronimul shapefile. Formatul shapefile este acum un format comun pentru stocarea datelor GIS vectoriale. Shapefiles stochează date vectoriale non-topologice împreună cu date despre atributele aferente.

Fig. 3.1. BH Doftana(imagine stânga) și rețeaua hidrografică(imagine dreapta)

Etapa incipientă a constat în analiza hidrografică a datelor prin împărțirea BH în suprafețe mai mici(fig. 3.2), utilizând funcția „Analysis Generate Watershed”, rezultând mici porțiuni de teren pe care le-am unit cu comanda „combine”(fig. 3.3), pentru a obține întru-un final subbazinele afluenților specifici cursului de apă principal.

Fig. 3.2. Analiza hidrografică a BH Doftana și împărțirea acestuia în subbazine

Fig. 3.3. Modul de unire a subbazinului hidrografic aferent unui afluent(Mușița)

Progresând cu acești pași am creat, așadar, întreaga delimitare a subbazinelor tuturor afluenților, cât și zonele interbazinale echivalente, după cum se reflectă și în următoarea figură(fig. 3.4).

Fig. 3.4. Delimitarea subbazinelor aferente afluenților

3.2. Mărimile caracteristice ale bazinului hidrografic Doftana

3.2.1. Suprafața și forma bazinului hidrografic

Este determinată ca proiecție orizontală prin planimetrarea teritoriului determinat de cumpăna apelor fiind notată prin F sau Sbh și exprimată în ha sau în km2. Forma bazinului hidrografic prezintă o mare diversitate influențând procesele de scurgere din bazin.

Suprafața bazinului hidrografic studiat are o dimensiune de 414,34 km2, această valoare a fost determinată în urma unor calcule realizate în programul Global Mapper.

3.2.2. Lungimea bazinului hidrografic, L

Reprezintă distanța de la capătul amonte, din zona izvoarelor, până la vărsare, măsurată pe linia mediană a bazinului hidrografic.

De unde rezultă că lungimea specifică a bazinului hidrografic al Doftanei are o valoare de 42,455 km, valoare pe care am obținut-o cu ajutorul programului Global Mapper v15.0.

Fig. 3.5. Trasarea liniei mediane pe suprafața BH al Doftanei în Global Mapper

3.2.3. Lățimea medie a bazinului hidrografic, B

Se calculează prin formula:

3.2.4. Coeficientul de alungire

„Dacă: A>1 =>bazin hidrografic alungit

A<1 =>bazin hidrografic aplatizat

A=1 => bazin hidrografic circular”

Aplicând relația 3.3, rezultă că acest coeficient va fi egal cu:

Deci acest rezultat ne arată că bazinul nostru studiat are o formă alungită.

3.2.5. Coeficientul de asimetrie a bazinului hidrografic

unde Sst suprafața versantului stâng, iar Sdr – suprafața versantului drept;

„Dacă: a>0 =>bazin hidrografic asimetric dezvoltat pe partea stanga

a<0 =>bazin hidrografic asimetric dezvoltat pe partea dreapta

a=0 =>bazin hidrografic simetric dezvoltat”

Calculând așadar cu relația 3.4, se obține:

Ceea ce înseamnă că avem de-a face cu un bazin hidrografic asimetric dezvoltat pe partea dreapta.

3.2.6. Coeficientul de formă a bazinului hidrografic

unde Pbh. reprezintă perimetrul bazinului hidrografic (lungimea cumpenei apelor), coeficientul obținându-se prin raportarea suprafeței bazinului hidrografic la suprafața unui cerc având același perimetru cu acesta și valori subunitare, cu atât mai mari cu cât bazinul este mai „compact”.

Astfel, aplicând relația 3.5, rezultă că:

3.2.7. Coeficientul de elongație

unde: d reprezintă diametrul unui cerc cu suprafață F egală cu cea a bazinului hidrografic studiat.

3.2.8. Indicele de formă

„Un râu tinde spre realizarea unei forme de echilibru nu numai în profil longitudinal,dar și în ceea ce privește conturul cumpenelor sale(Posea, 1977). Pentru bazinul Doftana indicele de formă, stabilit de Gravelius ca relație existentă între perimetrul P al bazinului(P=120 km) și perimetrul unui cerc cu acceași suprafață(F=419 km2), este de 1,6; conform calculului:

Valoarea de 1,6, destul de îndepărtată de 1, care corespunde unui cerc perfect, redă aspectul ovoidal al bazinului Doftana, mult alungit în jumătatea sa sudică.”

3.3. Parametrii morfometrici ai rețelei hidrografice

Pentru început, am considerat necesară descrierea temeiului teoretic, prin prezentarea unor idei, definiții concretizate de-a lungul timpului asupra principalelor noțiuni utilizate în cadrul acestei lucrări – hidrografia și rețea hidrografică.

„Hidrografia se ocupă cu studiul și descrierea factorilor geomorfologici corespunzători cursurilor de apă și lacurilor, precum și a modului de reprezentare grafică a diverselor elemente caracteristice regimului apelor.”

Rețeaua hidrografică este formată din totalitatea cursurilor de apă naturale și artificiale, cu apă permanentă sau temporară.

Rețeaua hidrografică poate avea o diversitate de forme. Diferențierea rețelei hidrografice depinde de următorii factori principali:

stratul geologic, în contextul comportamentului la eroziune;

factorul climatic, în special cantitatea de precipitații;

panta terenului, care determină sectoarele erozive și cele de sedimentare;

activitatea antropică, prin modul de gospodărire și diverse construcții.

Caracteristicile morfometrice ale rețelei hidrografice sunt exprimate prin:

profilul transversal al albiei;

profilul longitudinal al albiei;

densitatea rețelei hidrografice.

3.3.1. Profilul transversal al albiei

„Profilul transversal al albiei reprezintă intersecția râului la nivel maxim cu un plan vertical, perpendicular pe direcția de curgere a apei, în punctul dat. Forma profilului transversal al albiei, numai în anumite cazuri particulare, poate fi asimilată cu un dreptunghi, trapez, parabolă sau

combinații cu acestea.

De regulă, profilul transversal al cursurilor de apă este destul de neregulat, la el distingându-se: albia minoră și albia majoră.

Pe fundul albiei se află talvegul: linia imaginară care unește punctele de cea mai mare adâncime ale albiei minore.”

3.3.2. Profilul longitudinal al albiei

Profilul longitudinal al albiei este o ilustrare în plan vertical a liniei talvegului și a liniilor suprafeței libere la anumite asigurări(fig. 3.6).

Profilul longitudinal reprezintă sucesiunea punctelor de diferite altitudini ale talvegului. Se obține pe hărți topografice,cu curbe de nivel la o echidistanță oarecare.

Acest profil longitudinal a fost stabilit cu ajutorul programului Global Mapper, de unde datele necesare au fost inserate în Excel de unde s-a putut reprezenta grafic.

Pentru aceasta reprezentare au fost necesare o serie de date preluate din hărțile topografice digitalizate, implementate în programul Global Mapper, în care s-au prelevat lungimea râului și cotele dintre două suprafețe de nivel la o echidistanță oarecare.

Fig. 3.6. Profilul longitudinal al râului Doftana

3.3.3. Densitatea rețelei hidrografice

Densitatea rețelei hidrografice ( D ) condiționează capacitatea râurilor de colectare și drenare a apelor din precipitații precum și a celor subterane. Densitatea rețelei hidrografice este determinată de lungimea rețelei L și suprafața de teren pe care se desfășoară F, astfel:

Densitatea rețelei hidrografice este cu atât mai mică cu cât terenurile sunt mai dure și mai rezistente la eroziune (granite, gnaise etc.), în timp ce pentru terenuri slabe (argile) este suficient un debit redus pentru a se dezvolta o rețea de drenaj cu densitatea mare. Terenurile foarte permeabile (nisipuri, pietrișuri) condiționează o densitate redusă a rețelei hidrografice datorită infiltrării rapide, în timp ce terenurile practic impermeabile determină o valoare mare a densității acesteia.

3.4. Ordinul rețelei hidrografice

Rețeaua hidrografica a unui curs de apă reprezintă un sistem ramificat de văi și depresiuni care dau din una în cealaltă și către care gravitează atât apele atmosferice căzute pe sol, cât și cele subterane.

Conform criteriului Horton-Strahler(1945) se numește curs de apă de ordinul 1, o vale singulară de 5-7 km, cu un talveg elementar, fără afluenți laterali. Unirea a două cursuri de ordinul 1 duc la apariția unui curs de ordinul 2. Saltul la un ordin superior se face doar la unirea cu un curs de ordin egal.

Întocmai cu cele menționate s-a realizat, mai jos, conform criteriului Horton-Strahler, ordinul rețelei hidrografice(fig. 3.7) și a rezultat că râul Doftana este de odinul 3.

Fig. 3.7. Ordinul rețelei hidrografice, conform criteriului Horton-Strahler

3.5. Epura de variație a suprafeței bazinului hidrografic

Epura este o reprezentare, prin linii geometrice, ce denotă cum variază bazinul hidrografic atât pe malul stâng, cât și pe cel drept, în lungul cursului principal începând de la izvor până la vărsare.

Odată ce am terminat de unit subbazinele afluenților, se trece la secționarea zonelor interbazinale în lungul cursului de apă principal, pentru a delimita malul stâng de cel drept. Pentru aceasta, trebuie selectată zona aferentă, simultan selectăm și râul, după care utilizând comanda „Crop/Combine/Split Functions Crop Selected Area(s) to Selected Line(s)” delimităm întreaga suprafață în funcție de râu(fig. 3.8).

Acest lucru permite măsurarea și concretizarea valorilor aferente ariilor subbazinelor, cât și măsurarea lungimii râului, pe sectoare până la confluența cursului principal cu celelalte cursuri de apă adiacente, folosind comanda rapidă „Feature Info Tool”(fig. 3.9).

Cu ajutorul datelor extrase din Global Mapper se va realiza epura de variație a suprafeței bazinului hidrografic(fig. 3.10), iar datele vor fi centralizate în tabelul 3.1.

Fig. 3.8. Procedura prin care se secționează o zonă interbazinală

Fig. 3.9. Metoda prin care se măsoară o suprafață sau lungime cu ajutorul comenzii „Feature Info Tool”

Tabel 3.1. Centralizarea măsurătorilor specifice suprafețelor, cât și lungimii râului

Fig. 3.10. Epura de variație a suprafeței bazinului hidrografic Doftana

Din grafic, se poate vedea că bazinul este destul de echilibrat, simetric, alternează ușor sectoare de deschidere largă a malurilor, căpătând un profil în formă de „V” în partea sudică acolo unde râul se varsă.