,, Studiu de perfecționare prin doctorat [304043]

,, Studiu de perfecționare prin doctorat’’

,,CERCETĂRI PRIVIND GOSPODĂRIREA CANTITATIVĂ A DEBITELOR ÎN RÂURI”

Raportul științific nr. 1

,, Gospodărirea cantitativă a debitelor în râuri prin tehnici avansate de analiza”

Conducător doctorat: Doctorand: [anonimizat]. Ion GIURMA ing. Cosmin Marian PAERELE

Introducere

Gospodărirea cantitativă a [anonimizat], [anonimizat], viituri rapide de tip ,, flash – flood” [anonimizat], social și economic.

Pentru gestionarea în mod durabil a [anonimizat], [anonimizat] o diminuare sau înlăturare a [anonimizat] a [anonimizat].

Modul de abordare în ceea ce privește gospodărirea apelor este primordial pentru viață și pentru o gospodărire durabilă a resurselor de apă si anume (pentru: [anonimizat], energie și navigație), pentru mediu în general. Se impune ca atare o modificare a regimului natural al apelor (regim antropic) în concordanță cu cel necesar pentru satisfacerea cantitativă și calitativă a cerințelor de apă.

[anonimizat], deficitare (secete) [anonimizat] (inundații). Efectele negative produse mediului în aceste situații critice impun de asemenea o modificare a regimului natural, o suplimentare a debitelor minime și o diminuare a celor maxime.

Gospodărirea apelor este știința care are ca obiect studiul modificării regimului natural al apelor / regularizarea debitelor. În scopul satisfacerii cantitative și calitative a utilizatorilor de apă și diminuării efectelor negative ale apei (secete și inundații), modificarea regimului natural trebuie făcută în condiții de eficientă tehnică (tehnologică), economică și de mediu.

[anonimizat] s-a [anonimizat], vizând perioadele și frecvența secetelor hidrologice și a viiturilor. Evident că în afara unor principii fundamentale care au rămas valabile de a [anonimizat] s-[anonimizat] a problemelor, mai ales după apariția Directivei Cadru 2000/60/CE a apelor și Directivei privind managementul și gestiunea inundațiilor 2007/60/CE „lupta împotriva inundațiilor”, ,,apărarea împotriva inundațiilor” și ”conviețuirea cu inundațiile”.

Gospodărirea apelor este o [anonimizat].

[anonimizat], sunt: [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat], economice și administrative conduce la valorificarea rațională a resurselor de apă. Scopul ei este de a satisface nevoile sociale și economice, protecția împotriva epuizării și poluării acestor resurse, precum și prevenirea și combaterea acțiunilor distructive ale apelor.

În România dezvoltarea gospodăririi apelor a parcurs trei etape și anume:

Prima etapă: Gospodărirea cantitativă a apelor → până în 1970 – în această perioadă a apărut și prima lege a apelor în anul 1924.

Această etapă a avut ca și obiectiv general controlul cantitativ al apelor.

A doua etapă: Gospodărirea cantitativă și calitativă → 1970 – 2000

În această etapă pe lângă controlul cantitativ a intervenit și controlul calitativ al apelor.

A treia etapă: Gospodărirea durabilă a apelor → din 2000

Această ultimă etapă are ca și obiectiv controlul cantitativ și calitativ al apelor și ecosisteme sănătoase.

Gospodărirea apelor se constituie ca o disciplină de specialitate, fundamentală în pregătirea celor care vor cerceta, proiecta, administra sau utiliza apele. Este o disciplină tehnică cu profunde implicații în domeniul economic, social și ecologic.

Utilizator de apă este orice persoană fizică sau juridică care, în activitățile sale, folosește apa, luciul de apă sau valorifică fructul acesteia.

Economia apelor este o parte a gospodăririi apelor care tratează aspectele economice ale apei și metodele de optimizare tehnico-economică a amenajărilor de gospodărire a apelor. Soluțiile tehnice adoptate trebuie să fie eficiente economic, să îndeplinească anumite criterii de ordin social, iar în impactul cu mediu trebuie să respecte condițiile de echilibru ecologic.

Gospodărirea apelor este în același timp o disciplină de sinteză, abordarea ei necesitând cunoștințe de hidraulică și hidrologie, matematici aplicate (probabilități, statistică matematică, cercetare operațională, teoria sistemelor, analiza numerică, algebra liniară, optimizări), dar și cunoștințe din domeniul disciplinelor de specialitate (construcții hidrotehnice, alimentări cu apă și canalizări, irigații, desecări și combaterea eroziunii solului), a disciplinelor economice și ecologice. Ea utilizează concepte, metode și modele proprii de studiu. Problemele studiate de gospodărirea apelor privesc cantitatea și calitatea apei.

Gospodărirea cantitativă a apelor vizează modificarea regimului natural al debitelor lichide și/sau solide, de suprafață și subterane, în concordanță cu un regim necesar. Modificarea regimului natural al debitelor, în spațiu și timp este definită ca regularizare a debitelor, iar regimul modificat este numit regim antropic.

Gospodărirea rațională a apei înseamnă satisfacerea cerințelor de apă ale folosințelor în condiții de eficiență economică și echilibru ecologic. La baza gospodăririi raționale a apelor stă principiul folosirii complexe a resurselor de apă. Acest principiu este impus de volumul variabil în timp și limitat al resurselor de apă, care nu pot asigura în regim natural folosințele de apă.

Dezvoltarea economică și socială determină și o creștere a volumului și nocivității apelor uzate evacuate, fiind necesare lucrări și măsuri pentru refacerea și păstrarea unei calități corespunzătoare a apelor, pentru prevenirea degradării lor. De asemenea, crește riscul producerii de pierderi umane și pagube materiale mari în caz de inundații naturale și accidentale (produse de avarierea sau ruperea construcțiilor și amenajărilor hidrotehnice), fiind necesare măsuri și lucrări de apărare, respectiv de avertizare și alarmare.

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

Ansamblul lucrărilor și măsurilor din cadrul unui anumit teritoriu, bazin sau subbazin, necesare satisfacerii cerințelor cantitative sau calitative, cerințelor de combatere a acțiunilor dăunătoare ale apelor și protecției calității apelor formează sistemul de gospodărire a apelor, iar reprezentarea acestor ansambluri constituie schema de gospodărire a apelor sau schema de amenajare.

Schema Directoare (schema – cadru) de amenajare și gospodărire a apelor reprezintă documentația de gospodărire a apelor, care include:

modelul sistemului de gospodărire a apelor format din rețeaua hidrografică, lucrările de gospodărire a apelor și prelevările – evacuările aferente folosințelor, analizate în diferite scenarii și etape de dezvoltare economico-socială a spațiului hidrografic respectiv;

modul de protecție, menținere sau îmbunătățire a calității apelor.

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

cerințele de apă ale folosințelor;

starea calității surselor de apă;

zonele care necesită apărare împotriva efectelor distructive ale apelor;

potențialul hidroenergetic și de navigație valorificabil în continuare;

răspunsurile corespunzătoare strategiilor de restructurare și dezvoltare elaborate de ramurile economice.

Problemele 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. Ca atare, în corelare 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.

Politica apei, reprezentând modalitatea de soluționare a problemelor apei actuale și de perspectivă, este determinată 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).

Schema de amenajare integrală reprezintă schema de amenajare care 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.

Schema de amenajare complexă reprezintă schema care 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 (satisfacere, stăpânire și protecție).

Reactualizarea periodică a schemelor de amenajare trebuie să aibă în vedere, în condițiile economiei de piață:

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

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

reducerea pierderilor în sistemele și rețelele de apă existente, în special în alimentările cu apă și irigații, înaintea găsirii unor noi surse;

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

corelarea consumurilor specifice pentru toate folosințele cu normele europene;

pârghiile 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;

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

Directiva Cadru pentru Apă 2000/60/CE adoptată de Parlamentul European și Consiliul Uniunii Europene la 23.10.2000 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.

Directiva 2007/60/CE privind evaluarea și gestionarea riscului la inundații: Uniunea Europeană dorește 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 etapă, statele membre ale U.E. au obligația de a elabora hărți de hazard și inundații, care să fie finalizate până la 22 decembrie 2013.

În a doua etapă, 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

În 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 si a noilor Directive ale Uniunii Europene.

Acest proces este unul extrem de important și succesul implementării schemelor directoare de la 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.

Schema-directoare este 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). Ea cuprinde:

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.

Instrumentul de implementare a 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 pentru atingerea „stării bune” a apelor.

La nivelul 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. Această directivă 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 până în anul 2015.

În conformitate cu 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.

Raportul 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.

Dezvoltare durabilă

Problema cheie a dezvoltării durabile este opoziția între nevoile de creștere a populației și limitele impuse de resursele planetei precum și degradarea continua a mediului.

La Summitul de la Rio în 1992, la care au participat 120 de șefi de stat, 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, "sustainable 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".

Obiectivele generale ale Strategiei pentru Dezvoltare Durabilă a Uniunii Europene:

Limitarea schimbărilor climatice și 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

Summitul Națiunilor Unite privind Dezvoltarea Durabilă, care 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.

Parteneriatele europene pentru inovare (EIP-uri) propuse în cadrul inițiativei emblematice „O Uniune a inovării” a strategiei ,,Europa 2020” oferă 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. Statele membre ale 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. Mai exact, obiectivele strategice ale parteneriatelor europene pentru inovare sunt ca, până în 2020:

să pună la dispoziția tuturor apă în condiții de siguranță, disponibilitate și accesibilitate, asigurând, în același timp, suficientă apă pentru mediu;

să realizeze decuplarea relativă a epuizării resurselor de apă de nivelul activității economice în sectoare-cheie ale UE (între care energia, agricultura și sectorul produselor chimice);

să mențină și să amelioreze starea ecologică bună a apelor din toate bazinele hidrografice ale UE – în ceea ce privește calitatea, cantitatea și utilizarea, în contextul presiunilor tot mai mari asupra resurselor de apă.

Directiva-cadru privind apa (DCA) (2000/60/CE),

Apa este esențială pentru viața oamenilor, a animalelor și a plantelor, reprezentând, în același timp, o resursă indispensabilă pentru economie. Legislația UE privind apa a fost transformată prin adoptarea în 2000 a Directivei-cadru privind apa (DCA), care a introdus o abordare globală în ceea ce privește gestionarea și protecția apelor de suprafață și a apelor subterane din bazinul hidrografic. Directiva este completată de acorduri internaționale și texte legislative privind cantitatea, calitatea și poluarea apei.

Obiective:

prevenirea deteriorarii, protectia si îmbunatatirea stării ecosistemelor acvatice, avându-se în vedere cerințele de apa ale acestora,permanentele interacțiuni între ecosistemele acvatice și ecosistemele terestre adiacente si zonele umede;

promovarea folosirii durabile a apei bazată pe protecția pe termen lung a resurselor de apă;

intensificarea protectiei si îmbunatatirii starii mediului acvatic prin măsuri specifice de reducere progresivă a emisiilor și pierderilor de substanțe prioritare și de închidere totală sau etapizată a emisiilor și pierderilor de substanțe prioritare periculoase în apă;

prevenirea poluarii apelor subterane si reducerea progresiva a poluarii acestora;

reducerea efectelor negative ale fenomenelor hidrometeorologice periculoase – inundații și secete;

Elemente revolutionare:

gospodarirea apelor in Europa se va realiza la nivel bazinal ;

gospodarire integrata apa de suprafata-ape subterane-zone umede si alte tipuri de ecosistemele dependente de ecosistemele acvatice;

stabilirea obiectivului comun de “stare buna”, ce trebuie atins dupa implementarea masurilor cuprinse in Planul de gospodarire a apelor;

caracterizarea starii apelor in 5 categorii de calitate functie de elementele biologice, avand in vedere ca aceste elemente integreaza si reflecta sinergic toate tipurile de impact si conditiile de mediu pe o perioada mai lunga de timp. Elementele fizico-chimice, hidrologice si morfologice sunt elemente ajutatoare pentru caracterizarea starii apelor;

definirea starii de referinta pentru apele de suprafata;

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;

Cu adoptarea DCA (2000/60/CE), politica europeană privind apa a 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. Cu excepția cazurilor în care se aplică derogări speciale, toate apele trebuie să obțină o stare ecologică bună, prin utilizarea planurilor de gestionare a bazinului hidrografic. Patru planuri 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 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. În 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.

Cu toate acestea, 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.

Apele subterane.

Deoarece apele subterane reprezintă 75% din apa potabilă a UE, poluarea cauzată de industrie, gropile de gunoi și agricultură reprezintă un risc considerabil pentru sănătate. DCA contribuie la protecția apelor subterane împotriva tuturor formelor de contaminare și prevede stabilirea de rețele de monitorizare a apelor subterane. Directiva 2006/118/CE privind protecția apelor subterane prevede adoptarea de criterii specifice pentru evaluarea stării chimice bune, pentru identificarea tendințelor ascendente semnificative și constante și pentru definirea punctelor de debut a inversării tendințelor. Totuși, toate limitele pentru agenții poluanți sunt stabilite de statele membre, cu excepția nitraților și pesticidelor, pentru care limitele sunt stabilite în legislația UE.

I.4 Apa potabilă.

Directiva 98/83/CE a Consiliului definește standardele de calitate esențiale pentru apa destinată consumului uman. Directiva cere statelor membre să monitorizeze periodic calitatea apei destinate consumului uman, prin utilizarea metodei punctelor de prelevare, și să elaboreze programe de monitorizare. Statele membre pot include cerințe specifice suplimentare pentru teritoriul lor, dar numai dacă acest lucru duce la stabilirea unor standarde mai ridicate. Directiva mai impune furnizarea regulată de informații consumatorilor. Pe lângă aceasta, trebuie prezentate Comisiei Europene din trei în trei ani rapoarte privind calitatea apei potabile. În 2013, a fost adoptată Directiva 2013/51/Euratom a Consiliului, care stabilește cerințele în ceea ce privește substanțele radioactive din apa destinată consumului uman pentru armonizarea dispozițiilor cu Tratatul Euratom.

I.5 Strategii împotriva poluării chimice a apelor de suprafață.

Legislația din anii '70 și '80, care prevedea măsuri împotriva poluării chimice a apelor de suprafață, a expirat la sfârșitul anului 2012 și a fost înlocuită cu dispozițiile DCA. Aceste dispoziții prevedeau în principal stabilirea unei liste de substanțe prioritare care prezintă un risc semnificativ pentru mediul acvatic sau prin intermediul acestuia la nivelul UE, împreună cu un set de substanțe prioritare periculoase. Directiva 2008/105/CE (Directiva privind standardele de calitate a mediului), care a înlocuit Decizia 2455/2001/CE a Comisiei, a stabilit limitele concentrațiilor pentru substanțele prioritare pentru 33 de substanțe prioritare și 8 alți agenți poluanți în apele de suprafață. Directiva 2013/39/UE de modificare a introdus 12 noi substanțe pe lista actuală, precum și obligația care îi revine Comisiei de a stabili o listă suplimentară de substanțe care să fie monitorizate în toate statele membre (listă de supraveghere) pentru a sprijini revizuiri viitoare ale listei de substanțe prioritare.

I.6 Directiva privind nitrații.

Protecția apelor împotriva poluării cauzate de nitrați proveniți din surse agricole este prevăzută în Directiva 91/676/CEE (Directiva privind nitrații) și Regulamentul (CE) nr. 1882/2003, care cere statelor membre să prezinte Comisiei un raport, din patru în patru ani, conținând informații în legătură cu codurile de bună practică agricolă, zonele desemnate vulnerabile la nitrați (ZVN), rezultatele monitorizării apelor și rezumate ale programelor de acțiune. Scopul directivei și al regulamentului este protejarea rezervelor de apă potabilă și prevenirea extinderii daunelor ecologice provenite din eutrofizare, care este limitată de restricțiile stabilite în Regulamentul nr. 2004/648 privind utilizarea fosfaților în detergenți. Cu toate că ultimul raport de punere în aplicare indică faptul că presiunea dinspre agricultură a scăzut, planul din 2012 identifică în continuare Directiva privind nitrații ca una din măsurile-cheie pentru atingerea obiectivelor DCA.

I.7 Masuri privind starea apelor

În iunie 2008, Parlamentul a susținut cu o largă majoritate noile norme ale UE privind calitatea apei. Prin solicitarea revizuirii listei de substanțe prioritare în termen de doi ani de la data intrării în vigoare a Directivei privind standardele de calitate a mediului, Parlamentul a garantat posibilitatea extinderii listei de substanțe toxice. Pe lângă aceasta, a consolidat obiectivul de eliminare completă a emisiilor pentru 13 substanțe periculoase prioritare în termen de 20 de ani. Pe lângă aceasta, în 2012 Parlamentul a contribuit la actualizarea directivei cu includerea noilor substanțe prioritare. În raportul său din 2012 privind aplicarea legislației UE în domeniul apei, Parlamentul a solicitat să se pună mai mult accentul pe dimensiunea regională, a subliniat necesitatea de a dispune de date viabile și de a acorda un loc important aspectelor legate de apă, a sprijinit o abordare globală a protecției apei și a pledat în favoarea promovării cercetării și inovării în acest domeniu. Parlamentul a salutat și a sprijinit cel de-al șaptelea Program de acțiune privind mediul și Planul de salvgardare a resurselor de apă ale Europei.

În septembrie 2015, Parlamentul 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 resurselor de apă nu sunt supuse normelor pieței interne și că serviciile legate de apă sunt excluse din măsurile de liberalizare. În Rezoluția sa din 8 septembrie 2015, Parlamentul a invitat Comisia să prezinte propuneri legislative și, dacă este cazul, o revizuire a DCA, care să recunoască accesul universal și dreptul omului la apă.

Domeniile prioritare pentru inovare

Pentru a optimiza activitățile în ceea ce privește abordarea barierelor în calea inovării, dezvoltarea de soluții comercializabile și elaborarea de strategii de diseminare, se propun trei pachete de lucru:

gospodărirea apelor urbane,

gospodărirea apelor rurale

gospodărirea apelor industriale.

În urma unor ample consultări, părțile interesate și-au exprimat sprijinul larg pentru această abordare. Utilizarea de pachete de lucru este o metodă pragmatică de organizare a activităților EIP-ului (Parteneriatele europene pentru inovare), prin intermediul unui grup coerent de părți interesate care se ocupă cu provocări relativ similare. Următoarea descriere orientativă servește ca bază pentru elaborarea pachetelor de lucru.

Gospodărirea apelor urbane

Gospodărirea apelor urbane este supusă unei presiuni din ce în ce mai mari ca urmare a continuării urbanizării (se preconizează că în 2050 peste 80 % din populația țărilor UE va locui în zone urbane). Este nevoie de o abordare integrată, care să aibă în centru ciclul urban al apei și care să implice toate părțile interesate ce au un impact asupra provocărilor legate de apă sau trebuie să facă față unor astfel de provocări. Printre aceștia se numără profesioniștii interesați, precum și cetățenii și administrațiile locale, pentru a garanta acceptarea și adoptarea inovațiilor. Soluțiile inovatoare care să pună accentul pe relația dintre apă și energie, pe utilizarea cu eficiență a apei (menajere și industriale), pe calitatea apei, infrastructura din domeniul apei, recreere, sănătatea publică și conștientizarea în rândul utilizatorilor prin intermediul TIC vor avea o importanță majoră. Lucrările vor fi coordonate cu inițiativa „Orașe și comunități inteligente” a Comisiei Europene, în domeniile energiei, transporturilor și TIC.

Gospodărirea apelor rurale

În zonele rurale, biodiversitatea, agricultura, amenajarea teritoriului și gestionarea utilizării terenurilor se influențează reciproc și pot să concureze între ele în ceea ce privește resursele de apă disponibile. În plus, zonele rurale pot juca un rol important în prevenirea inundațiilor și atenuarea efectelor deficitului de apă și a secetei. EIP-ul privind apa va aborda interfața dintre gospodărirea apelor la nivel de exploatație agricolă și alocarea de resurse de apă pentru agricultură la nivel de zonă de captare și corp de apă și, de asemenea, presiunile admise în ceea ce privește calitatea apei. EIP-ul se va coordona cu EIP-ul privind productivitatea și durabilitatea în agricultură, care va aborda aspecte legate de calitatea și cantitatea apei la nivelul exploatațiilor.

Gospodărirea apelor industriale

Inovațiile în materie de procese industriale, aplicații TIC și noi tehnologii de tratare mai eficientă vor reduce costurile și necesarul de energie, precum și nivelul poluării. În sectoarele industriale care utilizează multă apă, precum producția de energie sau industria chimică, inovațiile ce vizează sporirea eficienței utilizării apei în procesele de producție vor avea efecte pozitive în ceea ce privește reducerea consumului total de apă (total water footprint). Unul dintre scopurile principale ale EIP-ului privind apa va fi să faciliteze posibilitatea ca industria și IMM-urile să disemineze aceste inovații. Se vor investiga complementarități cu EIP-ul privind materiile prime.

Se vor defini o serie de teme transversale care să trateze aspectele transversale ce sunt relevante pentru activitățile a două sau a tuturor celor trei pachete de lucru. Acestea ar putea include, de exemplu, managementul bazinelor hidrografice, schimbările climatice și apa, energia și legătura esențială dintre energie și apă, guvernanța în domeniul apei, cooperarea pentru dezvoltare legată de apă, ingineria financiară sau standardizarea.

CAPITOLUL II BAZINUL HIDROGRAFIC(B.H.) SI RETEAUA HIDROGRAFICA(R.H.)

II.1 Elemente definitorii ale Bazinelor hidrografice

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. [Giurma I., ș.a., 1980; 2001].

II.1.2 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.

Figura 2.1 Delimitare Bazin Hidrografic ( sursa: ArcGis 10.1)

În cadrul unui bazin hidrografic are loc un proces complex de transformare a unei părți din precipitațiile atmosferice în cantități de apă care sunt colectate de către rețeaua hidrografică. Zonarea bazinului hidrografic în subbazine și zone interbazinale ajută la înțelegerea acestor procese, și stă la baza întocmirii schemelor de amenajare complexe a bazinelor hidrografice.[Giurma I., 2003 ,,Viituri și măsuri de apărare”].

II.1.3 Suprafața bazinelor hidrografice

Metode pentru determinarea suprafeței bazinelor hidrografice:

a. Epura bazinului hidrografic

b. Obtinerea automată a suprafetei cu ajutorul tehnologiilor G.I.S

II.1.3 a)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. [Giurma I., 2003 ,,Viituri și măsuri de apărare”].

II.1.3 b) Obtinerea automata a suprafetei cu ajutorul tehnicilor G.I.S

Obtinerea automată cu ajutorul tehnicilor GIS, presupune necesitatea datelor spațiale in format corespunzator cu softurile utilizate. Pentru determinarea suprefeței bazinului din figura 1 s-a folosit un fisier de tip shapefile ce conține limita subazinelor si repectiv a bazinului hidrografic si pe baza caruia s-a calculat suprafața .

Figura 2.2 Calculul automate a suprafeței in ArcGis 10.1

Figura 2.3 Rezultatul grafic cu valorile superfețelor in Km2

II.1.4 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). [Giurma I., 2003 ,,Viituri și măsuri de apărare”].

II.1.5 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.

II.1.6 Forma bazinului hidrografic

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

II.1.7 Curba hipsometrică și altitudinea medie a bazinului hidrografic

Curba hipsometrică este o reprezentare grafică a repartiției suprafeței bazinului hidrografic pe zone de altitudine cu ajutorul căreia se determină ce procent din suprafața bazinului are altitudini superioare acesteia. Pentru determinarea curbei hipsometrice se ia un sistem de axe rectangular, în care se reprezintă altitudinile pe ordonată și suprafețele parțiale fi dintre curbele de nivel, pe abscisă [Giurma I., ș.a., 1980; 2001].

Figura 2.4 – Curba hipsometrică a bazinului hidrografic

Notațiile folosite în figura 1.1 și figura 1.4 au următoarea semnificație: 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.

Construirea curbei se realizeaza prin reprezentarea perechilor de valori ()

Altitudinea medie a bazinului hidrografic se calculează după planul de situație cu curbe de nivel, considerând că suprafața 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 primește 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.

II.1.8 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.

II.2 Reteaua hidrografica

II.2.1 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 2.5)

Figura 2.5 Schema hidrografica a unui curs de apă

Masurarea si kilometrarea se face pe teren si pe harti la scarile: 1/10.000, 1/25.000, 1/50.000

etc. în functie de gradul de precizie dorit.

Kilometrul "0" se considera intersectia liniei tarmului cu linia talvegului (daca râul se varsa într-o zona litorala).

Masurarea pe harti se face cu ajutorul curbimetrului sau a compasului cu deschideri egale [Giurma I., 2003 ,,Viituri și măsuri de apărare”].

II.2.2 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.

II.2.3 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.

II.2.4 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]

II.2.5 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.

Figura 2.6 Profil longitudinal al rețelei hidrografice

II.2.6 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 [Vladimirescu I., 1984].

Capitolul III PREZENTAREA GENERALA

BAZINULUI HIDROGRAFIC UZ

III.1 Amplasare și delimitări hidrografice

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 totala a bazinului hidrografic este de 475 km2, aflata pe teritoriul a doua 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.

Figura 3.1 Bazinul hidrografic Uz

Sursă Hartă: ArcGIS 10.1

III.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.

Străbătuta 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

Figura 3.2 Principalele forme de relief în Bazinul Hidrografic UZ

Sursă hartă :ArcGIS 10.1

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 si depunerile coluviale. Dintre acestea se remarca 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 si Dealul Cărăboaia (528 m) la sud. Cele doua interfluvii sunt modelate de ambele râuri fata de care sunt limitate de taluzuri cu înclinări accentuate.

La partea lor superioară se pun în evidenta o serie de trepte largi, podurile teraselor înalte. Dintre aceste cea mai mare extensiune o are terasa de 66 – 80 m vizibila 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 si spații agricole. Aluvionarea activa în albia minora cu viituri excepționale si în albia majora, a impus masuri 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 confluenta pâraielor de munte cu Uzul cum sunt cele ale pârâului Izvorul Negru, Salavastru, Chitici și Boiștea.

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.

III.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.

Figura 3.3 Utilizarea terenului în Bazinul Hidrografic UZ

Sursă Hartă: ArcGIS10.1

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 si paleogene răspândite neuniform;
componenta:

șisturi negre, gresii silicioase cu glauconit, șisturi marnoase tufacee.

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;

subcarpațiisunt 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.

III.4 Caracteristici Climatice

Clima Văii Uzului raportata 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 anuala 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.

Regimul eolian: aceasta este determinata de caracterul si frecventa sistemelor barice si de procesele circulației atmosferica, precum si de poziția munților. Direcția predominanta este V cu o frecventa de33.9% urmata 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., însa 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.

III.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. De reținut prezența celor două monumente ale naturii, arboretele de tisă (Taxus baccata), aflate la distanță de cca 10 km între ele, dar aproximativ la aceeași altitudine (600-700 m). Pe creasta principală a munților se întâlnesc, frecvent, datorită vânturilor puternice pe o direcție în timpul iernii, molizi sub formă de drapel la limita pădurii spre zona golurilor de munte (pășunea alpină).

Figura 3.4 Vegetația prezentă în Bazinul hidrografic Uz

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).

III.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.

Figura 3.5 Solurile în Bazinul Hidrografic UZ

Sursă Hartă: ArcGIS 10.1

După cum putem observa în harta solurilor în bazinul hidrografic Uz întâlnim mai multe clase si 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.

Figura 3.6 Repartiția procentuala a tipurilor de sol

Sursa: ArcGIS 10.1

După cum putem observa în graficul de mai sus, generat din harta solurilor (figura5) 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%, .

III.7 Fauna prezentă în Bazinul Hidrografic UZ

Fauna spontana din regiune aparține si 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 in primul rând cu mamifere. Dintre acestea au răspândire mai mare următoarele: cerbul, ursul,lupul, rasul, căprioara, mistrețul, veverița,pisica sălbatica.

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

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

Marea valoare piscicola a lacului Poiana Uzului consta în popularea sa cu o specie de păstrăv obținuta din încrucișarea păstrăvului indigen cu păstrăvul curcubeu. Fondurile de vânătoare ale Ocolului silvic Dărmănești sunt de bonitate ridicata, existând in prezent numeroase exemplare cu o valoare mare a trofeelor

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 sînt reprczentate 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.

Figura 3.7 Păstrăv indigen

III.8 Hidrografia

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

b) Apele curgătoare – aflat în cea mai mare parte, într-o zona montana 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.

Figura 3.8 Rețeaua Hidrografică

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).

Figura 3.9 Lungimea rețelei hidrografice în bazinul hidrografic al râului UZ

Râul își croiește drum printre munții bine împăduriți, zone in care si-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 in 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 nr. 3.1

Din punct de vedere al salubrității apei, râul Uz se încadrează în categoria 1 de salubritate, cu grad de curățenie de 96-99%, este transparenta, 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".

Figura 3.10 Lacul Natural Bălătău

Lacul "Poiana Uzului" este un lac antropic si se afla pe Uz la intrarea acestuia in depresiunea Dărmănești. Lacul a fost creat cu scopul alimentării cu apa, si subordonat pentru hidroenergie.

Figura 3.11 Barajul Poiana Uzului

Capitolul IV ANALIZA BAZINELOR HIDROGRAFICE PRIN METODE SI TEHNICI MODERNE

IV.1 Analiza datelor hidrologice

IV.1.1 Statistica matematica. Definiție. Scop

Prin teoria statisticii sau statistică matematică se înțelege disciplina care se ocupă cu formularea și interpretarea legilor de comportare a fenomenelor de masă (inaccesibile metodelor deterministe) sau a fenomenelor aleatoare.

Legitățile statistice trebuie intrpretate ca tedințe predominante ale fenomenelor de masă și pot fi evidențiate numai in condițiile unui numar suficient de mare de observații asupra ansamblului studiat .

În domeniul hidrologiei, sarcina de a obține informații primare asupra mărimilor hidrologice revine in special hidrometriei, iar totalitatea datelor privind răspândirea, cantitatea și variația apelor de suprafață și subterane constituie fondul hidrologic.

Prin prelucrarea statistică a datelor din fondul hidrologic este posibilă obținerea unor parametri caracteristici necesari pentru dimensionarea și exploatarea lucrărilor hidrotehnice, și pentru elaborarea de prognoze hidrologie.

Deci informațiile referitoare la regimul hidrologic al surselor de apă permit valorificarea potențialului pozitiv al apelor (apa constituind o importantă resursă naturală și materie primă), precum și controlarea potențialului negativ al acestora (care se manifestă în special prin efectul distructiv al excesului de apă. (Giurma I, 2009)

IV.1.2 Variabilele deterministe ; Variabile aleatoare

În primul rând trebuie făcută distincția intre mărimile deterministe și cele aleatoare stohastice. Dacă un anumit fenomen depinde de un număr restrâns de cauze cunoscute, variabilele care definesc acest fenomen sunt de tip determinist ; caracteristic mărimilor deterministe este legătura directă între cauză și efect.

În unele cazuri însă, fenomenul studiat depinde de o multitudine de cauze, de multe ori greu de descifrat. În aceste condiții, fenomenul este tratat independent de cauzele care îl produc , iar variabilele care îl caracterizează capătă un pronunțat caracter aleator.

Deci o variabilă aleatoare este o mărime care, ca rezultat al unui experiment, poate lua o valoare oarecare din mulțimea valorilor posibile fără să se poată preciza dinainte care va fi această valoare. Realizarea unei anumite valori a variabilei aleatoare are un caracter pur întâmplător termenul sinonim de variabilă stohastică pentru variabilă aleatoare evidențiază tocmai acest aspect. De exemplu, la aruncarea unui zar perfect omogen nu se poate anticipa care față va fi deasupra după cădere. La fel nu se pot preciza dinainte debitele maxime anuale de pe un curs de apă, din viitor.

În hidrologie sunt utilizate atât metode și modele deterministe, cât și metode și modele probabilistice, alegerea unei abordări sau a celeilalte depinzând de cantitatea de informații disponibile sau de gradul de cunoaștere a fenomenului analizat.

IV.2 MODELAREA HIDRAULICA.

IV.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 autoritătilor 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.

IV.2.2 Modelarea matematică a râurilor

Inundațiile sunt un fenomen care a fost semnalat ca prezent în istoria omenirii și documentat incă din cele mai vechi timpuri. Desi cauzele apariției inundațiilor au variat de la caz la caz, ca de exemplu schimbări extreme în bazinele hidrografice și depunerea de materiale de-a lungul albiei, impactul lor asupra activitaților umane și asupra mediului este același, indiferent de cauzele producerii inundațiilor. Inundațiile sunt periculoase pentru viața oamenilor și interesele vitale, fiind la ora actuală unul din principalele subiecte de studiu ale hidrologiei, în societatea științifică și profesională din întreaga lume.

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 (Hladny et al, 1989). 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.

Prognozele de inundații se făceau în trecut pe baza observațiilor anterioare și formulelor empirice deduse în baza acestor observații. La ora actuală modul de realizare a prognozelor exacte se face pe baza modelelor matematice, bazate pe soluții numerice. În funcție de nivelul de date existent, și de cantitatea de măsurători/observații efectuate în timpul unor inundații, 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 1D2D ( unu dimensional combinat cu doi dimensional) sau 2D (doi dimensională).

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.

IV.2.3 Descrierea modelului matematic

În studiul de față, pentru determinarea limitei de indabilitate, s-a realizat un model hidrodinamic unu dimensional (1D), pe râul Uz, pentru evidențierea zonei inundabile aval de barajul Poiana Uzului.

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 ți avantajul de a fi una 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).

IV.2.4 Modelare hidrodinamica 1D raul Uz – aval Baraj Poiana Uzului

Pentru determinarea zonei inundabile a râului Uz s-a folosit modelarea hidrodinamica 1D în sistemele de tip râu.

În aceasta parte a capitolului este prezentată partea teoretică și practică a modelarii curgerilor 1D, prin ecuațiile fundamentale și algoritmii soluțiilor de calcul. Apoi sunt enunțate si 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 hidrodinamic uni-dimensional.

IV.2.5 ECUAȚIILE MIȘCĂRII NEPERMANENTE ÎN ALBII

IV.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 perturbatiei). (I. Bartha, V. Javgureanu, N. Marcoie. Hidraulica, Vol. II)

IV.2.5.2 Forma integrală a ecuațiilor Saint-Venant

Pentru deducerea formei integrale a ecuațiilor Saint-Venant se consideră (fig. 17.2.) 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 in 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.

Figura 4.1 Schemă pentru deducerea ecuațiilor mișcării nepermanente

(I. Bartha, V. Javgureanu, N. Marcoie. Hidraulica, Vol. II)

Notațiile din figura 11 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 I2sunt notațiiși au valorile :

și

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

(I. Bartha, V. Javgureanu, N. Marcoie. Hidraulica, Vol. II)

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 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 .

IV.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) :

(I. Bartha, V. Javgureanu, N. Marcoie. Hidraulica, Vol. II)

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

IV.2.7 Modelarea hidrodinamica – 1D

Este prezentat un studiu făcut asupra unui model hidrodinamic în sistem uni-dimensional al unui tronson al râului Uz aval Baraj Poiana Uzului.

S-au folosit ca date de intrare :

Profile transversale în albia minora – aval Baraj Poiana Uzului

DTM (Digital Terrain Model)

Date hidrologice

Reteaua de rauri

Date de la Statiile hidrometrice

S-au folosit ca date de intrare :

Profile transversale în albia minora – aval Baraj Poiana Uzului

DTM (Digital Terrain Model)

Date hidrologice

Reteaua de rauri

Date de la Statiile hidrometrice

În albia minora aval de Barajul Poiana Uzului pentru calibrarea DTM-ului (Digital Terrain Model), s-au folosit profile transversale din masuratori.

Figura 4.2 Generarea profilelor transfersale

Constructia DTM-ului a avut la baza mai multe surse de intrare pe langa profilele transversale din masuratori au fost folosite si informatii de tip punct xyz.

Figura 4.3 Nor de puncte .xyz

Construcția DTM– ului (digital terrain model) a fost realizată cu ajutorul programului, ArcGIS – platforma ESRI, și a rezultat un DTM (digital terrain model), în format TIN (triangulated irregular network).

Figura 4.4 DTM Final – Format TIN

IV.2.7.1 Calibrarea modelului – sectiuni de verificare

Rezultatele de calibrare a modelului au fost verificate in sectiunea cu statie hidrometrica in raport cu valorile inregistrate de debite si niveluri. Procesul de calibrare, constand dintr-o serie de ajustari si reluari a rularii care sa conduca la obtinerea de rezultate în limitele acceptate de toleranta, a fost adaptat la disponibilul date coerente observate.

Afișările grafice la calibrarea modelului pe râul Uz, indica o concordanta foarte buna între nivelurile oferite de model și valorile înregistrate în ultima secțiune (Dărmănești). Localizarea în mode la celor doua stații hidrometrice de verificare, de la Cremenea sau se folosesc date de intrare în model debitul maxim istoric deversat din acumularea Poiana Uzului și de la stația hidrometrică Dărmănești este cea redata anterior în secțiunea privind condițiile de contur ale modelului.

IV.2.7.2 Interfata HEC-RAS

Figura 4.5 Interfață Hec RAS

Pentru prelucrarea datelor de intrare în programul HEC RAS,(profile transversale, malurile albiei, reteaua de rauri etc.) – s-a utilizat modulul HEC-GeoRAS.

Figura 4.6 Prelucrarea datelor în ArcGIS

Importul profilelor transversale în HEC RAS

Figura 4.7 Introducerea datelor si a profilelor transversale. Secțiune transversala

Figura 4.8 Setarea coeficientului de rugozitate.

Figura 4.9 Vedere 3D în programul HecRAS

Rularea modelului sa efectuat cu ajutorului programului Hec-Ras unde s-a folosit ca date de intrare debitul maxim deversat din Acumularea Poiana Uzului.

Debitele maxime cu diferite probabilități de calcul sunt prezente în tabelul următor :

Tabel 4.1

IV.2.7.3 Rezultatele modelarii hidrodinamice 1D

Figura 4.10 Rezultatul suprafeței inundate la debitul maxim evacuat din acumulare

Figura 4.11 și 4.12 Limite de inundabilitate pe anumite tronsoane ale râului

După cum se poate observa la deversarea din acumulare a debitului, suprafața inundată nu este de mare amploare și drept urmare nu exista un risc major de creste a concentrației indicatorilor de calitate a apei, zona inundata nu atinge nici o sursă importantă de poluare , cum ar fi zona industrială ,, Rafinăria Dărmănești, sau alte zone potențial poluatoare.

IV.3 Modelare hidrologică

IV.3.1 Generalități

Atât în România, cât mai ales pe plan mondial, s-au realizat sinteze și modele de determinare a debitelor maxime provenite din viituri de versant, pentru diverse scopuri practice: realizarea de amenajări hidroenergetice și hidrotehnice, emiterea de avertizări și luarea de măsuri concrete de prevenire a riscului de viitură etc. Odată cu apariția 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 produse de viiturile de versant se realiza prin metode clasice de determinare a caracteristicelor morfometrice și morfografice ale bazinului hidrografic, de determinare a caracteristicilor ploilor maxime generatoare etc. Odată cu apariția G.I.S., procesul de modelare a viiturilor de versant începe să fie automatizat.

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

Datorită complexității mari a bazei de date, se pot surprinde cele mai mici detalii ale modului de manifestare a viiturilor de versant, realizându-se astfel, simularea cu o acuratețe foarte mare.

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 da 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 a fenomenului de viitură de versant iar aplicarea programelor de analiză a frecvenței, HYFRAN și distribuției spațiale și temporale ArcG.I.S. (interpolare Kriging, IDW etc.), asupra datelornumerice 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 formare și propagare a viiturilor de versant 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.

Numărul mare de variabile, distribuția temporală și spațială neuniformă la nivelul bazinului hidrografic, apariția hazardată a viiturilor de versant, au impus realizarea de modele matematice, simulări, pentru anumite evenimente extreme și propunerea lor ca valabile pentru alte teritorii cu aproximativ, aceleași influențe morfografice, morfometrice.

Scopul principal de realizare a modelelor, G.I.S. hidrologice, de viitură 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.

Preocupările pentru modelarea G.I.S. a unor variabile specifice pentru calculul debitelor maxime și simularea acestora au fost întreprinse de către Păcurar (2005), cu scopul de a cuantifica efectele scurgerii și eroziunii asupra unor bazine hidrografice mici din apropierea Brașovului, Patriche (2005).

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 siistoricul viiturilor, precipitațiilor, temperaturilor si problemele existente la acel nivel etc. Fiecare zonă analizată, prezintă caracteristicile ei, si analiza trebuie facută dupa o cunoastere foarte buna in prealabil.

IV.3.2 Aplicația softare HEC-HMS – descriere generală

HMS- (sistem de modelare hidrologica) este desemnat sa simuleze toate procesele hidrologice din sistemul ramificat al bazinului hidrografic. Programul include multe analize hidrologice folosite in 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 continua ce include evapo – transpirația, dezgheț, si umiditatea din sol. Prezinta capabilitate puternică de asemenea furnizate pentru simulare scurgerile grilate utilizand 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.

Figura Rețeaua de râuri din Bazinului Hidrografic în softul HEC-HMS

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 legatură 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.

Știinta, tehnologia actuală, cunoasterea spațiului, problemele existente, necesitățile, măsurile întreprinse sau cele care urmează a fi întreprinse, la nivelul bazinelor hidrografice, într-un mod cat mai detaliat, pot furniza informații importante privind strategile de micșorare a tuturor riscurilor prezente sau viitoare prin luarea masurilor corespunzătoare.

Analiza cantitativa a precipitațiilor prin tehnici avansate asupra Bazinului Hidrografic

Tehnici avansate de analiza cantitativa a precipitațiilor cazute pe suprafata bazinelor hidrografice privind gospodarirea cantitativă a debitelor în râuri

Gospodarirea cantitativa a debitelor in rauri prin analiza precipitatiilor atmosferice cu ajutorul tehnicilor avansate asupra bazinelor hidrografice.

INTRODUCERE

Analiza precipitațiilor atmosferice prin tehnici avansate asupra bazinelor hidrografice. Bazinul hidrografic Uz.

În ultimele decenii pe plan mondial au fost făcute foarte multe cercetări în domeniul hidrotehnicii, hidrologiei prin elaborare și aplicare de modele matematice (modele hidraulice, modele hidrologice) în diferite scopuri cum ar fi: prognoză, analiză cantitativă și calitativă, extrapolare in timp si spațiu a datelor, simularea inundațiilor predictive exploatarea in siguranța a lucrărilor hidrotehnice, dimensionarea lucrărilor hidrotehnice, gestiunea durabila a resurselor de apa s.a. Odată cu apariția G.I.S și a programelor de simulare a viiturilor, 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 si numerice, stocate sub formă de layere tematice, dezvoltate de programele geoinformaționale.

Lucrarea este realizata prin implementarea de tehnici avansate, pornind de la modalitățile de construire a bazei de date, primare și definitivarea bazei de date derivate prin intermediul funcțiilor de analiză spațială cu aplicare în 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, tehnicile GIS constau in metode si modele de extragere automata a variabilelor de intrare in ecuatiile 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. (Feldman 2000);

Analiza seriilor de timp se refera în principal la construirea unor modele capabile sa 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 intre fenomenul propriu zis si aplicatia operationala, primordiale fiind datele de intrare in model dar si istoricul evenimentelor.La crearea unui model hidrologic avand la baza precipitatiile inregistrate la posturile pluviometrice din bazinul hidrografic trebuie tinut seama si de natura foarte complexa a proceselor care au loc in bazinele hidrografice care sunt supuse odata cu trecerea timpului la schimbari din cauza factorilor naturali si umani.

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 totala a bazinului hidrografic este de 468 km2, aflata pe teritoriul a doua 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.

Geologia zonei si utilizarea terenurilor

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. 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.

Tipurile de sol

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. În bazinul hidrografic Uz întâlnim mai multe clase si 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.

Reteaua Hidrografica

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

b) Apele curgătoare – aflat în cea mai mare parte, într-o zona montana 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. 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 in care si-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 in lacul de acumulare "Poiana Uzului").

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

Precipitatiile în Bazinul hidrografic Uz –

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. În cadrul unui bazin hidrografic are loc un proces complex de transformare a unei părți din precipitațiile atmosferice în cantități de apă care sunt colectate de către rețeaua hidrografică. Zonarea bazinului hidrografic în subbazine și zone interbazinale ajută la înțelegerea acestor procese, și stă la baza întocmirii schemelor de amenajare complexe a bazinelor hidrografice. [Giurma I., 2003 ,,Viituri și măsuri de apărare”].

Bazinul hidrografic Uz se imparte in 41 de subazine hidrografice cu suprafete cuprinse intre 2 km2 bazine mici și 468 km2 Uzul conform analizei digitale , marimea suprafetei bazinului prezinta o importanta deosebita in stabilirea volumului de apa al raului si are o influenta directa asupra formarii scurgerii, deasemenea panta medie a bazinului hidrografic este o caracteristica cu influenta mare asupra scurgerii, ea determinand o anumita viteza de deplasare a apei pe versantiii bazinului, in functie de care va rezulta intensitatea proceselor de eroziune, transport si depunerea particulelor solide din bazin, panta medie in bazinul hidrografic Uz este de 14 % si valori cuprinse intre 6 % subbazinul Laposul si 20 % in subbazinul Rața.

Clima Văii Uzului raportata 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 anuala 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.

Regimul pluviometric este determinat si urmarit prin statiile pluviometrice existente in bazin si anume : Statia pluviometrica Valea Uzului , Statia pluviometrica Cremenea, statia pluviometrica Baraj, Statia pluviometrica Darmanesti la toate aceste statii enumerate citirile sunt efectuate manual.

Odata cu implementarea proiectelor Deswat si Watman statiile pluviometrice au fost dublate de statii pluviografice si executia unui post pluviografic nou in subbazinul Izvorul Alb.

Acestea intregistreaza precpitatiile la un timp prestabilit 1h, 3h, 12h, 24h, sunt de foarte mare ajutor pentru calibrarea mai departe a modelului hidrologic.

Precipitații în bazinul hidrografic Uz

Precipitatiile multianuale sunt calculate prin media artimetica a sirului statistic ce are ca elemente precipitatiile anuale inregistrate la statiile pluviometrice si se mai numesc normala anuală sau media multianuală. Aceste precipitatii variaza de la o statie la alta, dupa cum se poate observa in graficul de mai jos la cele 4 statii pluviometrice din bazinul hidrografic uz, statiile aflate in centrul spatiului hidrografic prezinta medii anuale cu aproape aceleasi cantitati de precipitatii iar statiile pluviometrice marginale de intrare in bazin V. Uzului si iesire din bazin Dărmănești prezinta precipitatii multianuale mai mici

Precipitații multianuale bazinul hidrografic Uz

Modelarea hidrologică în Bazinul hidrografic Uz pana în punctul Cremenea si anticiparea debitului în albie la căderea diferitelor cantități de precipitații.

Simularea volumului de apă provenit din precipitații în scurgere, pe baza căreia s-au determinat hidrografele undelor de viitura, ,,simulează scurgerea obținută din volumul de precipitații căzut la sol, cât și procesele de transport și atenuare prin transport a unui hidrograf.