Tipologia Inundatiilor

Inundatiile constituie fenomene naturale si sunt o componenta a ciclului hidrologic natural al Pamantului. Inundatiile si in special marile inundatii constituie unele dintre fenomenele naturale care au marcat si marcheaza profund dezvoltarea societatii umane, ele fiind din punct de vedere geografic cele mai raspandite dezastre de pe glob si sunt totodata si cele mai mari producatoare de pagube si victime omenesti.( http://ngo.ro/pipermail/mediu_ngo.ro/2006-January/004577.html).

Fenomenele hidrologice extreme produse in Romania in ultimele decenii, au scos in evidenta faptul ca societatea umana este afectata nu numai de viiturile lente, produse pe raurile cu bazine hidrografice mari si medii, ci, in aceeasi masura, si de viituri rapide, caracteristice bazinelor mici, in general sub 200 km2.

In literatura de specialitate se regasesc diferite valori ale cantitatii si duratei ploii torentiale generatoare de viituri rapide. Exista insa si alti factori – geografici care se suprapun ploii si declanseaza sau favorizeaza viituri rapide, precum: suprafata bazinului hidrografic si forma acestuia, panta versantilor si a cursului de apa, utilizarea terenului, textura si permeabilitatea solului, litologia etc.

In cadrul etapei de evaluare preliminara a riscului de producere a inundatiilor, conform cerintelor specifice Directivei Inundatii (2007/60/EC), se cere o inventariere a inundatiilor semnificative in scopul prevenirii dezastrelor provocate de inundatii. Tot in aceasta etapa, se considerea trei categorii principale de criterii referitoare la tipologia consecintelor rezultate in urma producerii inundatiilor in arealele afectate asupra: sanatatii populatiei, activitatilor economice, mediului si patrimoniului cultural. Totodata statele member UE vor intocmi, la nivel de bazin hidrografic, harti de hazard si harti de risc la inundatii la scara cea mai potrivita. Studii care sa confere o imagine asupra inundabilitatii bazinelor hidrografice din Dobrogrea nu exista. In 2011 Administratia Bazinala a Apei Dobrogea – Litoral (ABADL) incheie un contract pentru intocmirea hartilor care sa evidentieze zonele inundabile si detalierea acestora in zonele preliminar identificate ca fiind zone potential inundabile si intocmirea de planuri care sa previna, protejeze si diminueze efectele produse de inundatii.

Inventariul inundatiilor istorice produse in Romania in perioada 1960-2012, cuprinde un numar de 375 de evenimente identificate pe baza cerintelor impuse de Directiva Inundatii, care au determinat inundarea a 8441.579 km2 din teritoriul national.

Conform Directivei Inundatii, hartile de hazard acopera zonele geografice care ar putea fi inundate, in timp ce hartile de risc la inundatii indica potentialele efecte negative asociate cazurilor de inundatii.

Realizarea acestor harti se intocmeste cu ajutorul sistemlor de informatii geografice (SIG).

Pentru lucrarea de fata obiectivul principal este acela de a elabora harta de hazard la inundatii pentru BH Nuntasi, un subbazin al BH Litoral. Pentru indeplinirea acestui obiectiv am ales utilizarea SIG ArcDesktop 10.1, pentru realizarea modelului numeric de teren (MNT). Pentru determinarea zonelor inundabile din BH Nuntasi am ales modelul HEC-GeoRAS, un model hidrodinamic unidimensional.

Prezenta lucrare contine introducere, patru capitol, concluzii si bibliografie.

In Introducere am realizat o justificare a alegerii temei, am prezentat obiectivul principal al lucrarii si am realizat o scurta descriere a fiecarui capitol.

Capitoul I descrie problematica inundatiilor. Aici s-a definit conceptual de inundatii, prezentarea efectelor negative ale inundatiilor, un istoric al inundatiilor produse in Romania, facand referire in principal pe datele existente asupra Dobrogei. Tot in cadrul acestui capitol am descries conceptual de management al riscului, care include si pe cel al hazardului.

Capitolul II contine o descriere succinta a BH Nuntasi. Am facut referire la conditiile geomorfologice, climatice, etc. privite din postura unei posibilitati de favorizare a inundatiilor.

Capitolul III descrie implementarea sitemului geografic ArcDesktop 10.1 privind gestionarea inundatiilor. In acest capitol am proiectat si realizat baza de date spatial indispensabile ca date de intrare in modelul hidrodinamic HEC-GeoRAS.

Capitolul IV are ca scop intocmirea unei analize hidrologice pentru a determina debite cu probabilitati de depasire variind de la 0,1% la 10% si care vor fi folosite ca date de intare in modelul hidrodinamic HEC-GeoRAS. Totodata in acest capitol este prezentat programul HEC-GeoRAS si rezultate ce au fost obtinute in urma modelarii.

Concluziile acestui studiu fac referire la rezultate ce au fost dobandite.

Lucrarea se inceheie desigur cu Bibliografia consultata pentru intocmirea acest studiu.

Cap I Analiza stadiului actual al problematicii abordate

Definirea conceptului de inundatii

Inundația reprezintă în sensul cel mai general, acoperirea cu apă a unui spațiu care în mod normal este emers sau uscat. Dintre multiplele definiții care au fost date inundațiilor de-a lungul timpului (Chow, 1973; Ward, 1975, 1978; ș.a.), ca fenomene hidrologice, considerăm că cea mai adecvată este cea din Glosarul Internațional de Hidrologie OMM – UNESCO (1992) conform căreia inundația reprezintă „punerea în submersie a albiei majore de către apa care debordează din albia minoră sau acumularea apei provenite din precipitații sau topirea zăpezilor în zone cu drenaj natural insuficient”.

Interactiunea directa dintre factorii atmosferici, respectiv precipitatii si bazinul hidrografic, care are un mod aparte de a raspunde la precipitatii conduc la inundatii (Fig.1).

  Fig. 1 Schema raspunsului B.H.

Bazinul hidrografic este cel care ajuta la transformarea precipitatiilor in debite, transformarea fiind una neliniara si care depinde de o serie de factori favorizanti ca: factorii geomorfologici, factorii geologici, factorii pedologici, vegetatia si factorii antropici.

Precipitatiile abundente, coroborate cu scurgerile pe versanti, formarea zapoarelor si/sau topirea stratului de zapada, dar si caracteristicile fizico-geografice, cum ar fi geometria BH (marime, forma, altitudine) precum si geometria retelei hidrografice (sistemul de pante si lungimi) conduc la inundatii.

Pentru intocmirea hartilor de inundabilitate, este indispensabil cunoasterea spatiala a caracteristicilor bazinului hidrografic.

Efectele negative ale inundatiilor

Indiferent de natura lor, calamitatile naturale au adus dezastrul si moartea, impiedicand evolutia umana si nu numai.

Cel mai frecvent dezastru il reprezinta inundatiile, avand efecte negative asupra mediului (provocand pagube economice si dezechilibre ecologice) si totodata provocand pierderea de vieti omenesti. In timpul inundatiilor are loc poluarea apelor de suprafata, prin antrenarea in albiile de rau a tuturor deseurilor de pe malurile apei, prin descompunerea animalelor inecate, prin ruperea conductelor de transport a produselor petroliere etc.

Cele mai frecvente si puternice inundatii se produc in Asia de Sud-Est din cauza musonilor, in China, in America de Sud, in tarile dezvoltate din Europa, Statele Unite ale Americii, Canada, Japonia, cu toate ca s-au luat masuri de protectie costisitoare.

In China, Fluviul Galben (Huang He) a produs 1500 de inundatii puternice in ultimele doua milenii, schimbandu-si cursul obisnuit, reversand totodata un volum imens de apa. Acest fluviu a provocat cele mai ingrozitoare inundatii consemnate in istorie, din cauza cursului neregulat, provocandu-se cresteri bruste de nivel, si al malurilor din zona de campie putin inalte. In inundatia produsa in anul 1887, se estimeaza ca aproximativ 1 milion de oameni au murit si au pierit ulterior prin foame un numar si mai mare. Fluviul Huang este denumit “Tristetea Chinei” cu toate ca inundatiile provocate in delta fluviului Chang, situate mai la sud, au adus si ele numeroase dezastre. In anul 1931, dupa cateva saptamani de ploi torentiale, nivelul fluviului Chang a crescut cu 30 m deaspura nivelului sau normal, deversarea peste digurile existente provocand decesul a mai bine de trei milioane de oameni.

Inundatiile din 1987 si 1988 din Bangladesh au dus la moartea prin inecare a 2600 de persoane, cauza principala fiind defrisarile in masa. Aceste inundatii au provocat imense pierderi economice (aproximativ trei miliarde de dolari) si importante pierderi materiale.

Inundatiile cele mai puternice produse in Romania in ultimii 100 de ani au lasat in urma mii de victime-morti, disparuti si zeci de mii de sinistrati.

Din relatarile a diversi autori, se constata ca inundatii pe teritoriul Romaniei s-au produs cu regularitate, ca o consecinta a climatului temperat continental: in secolul al XVI – lea s-au produs 10 inundatii de proportii, in secolul al XVII- lea s-au produs 19 inundatii, in secolul al XVIII- lea se mentioneaza 26 de inundatii, in secolul XIX- lea 28 iar in secolul al XX- lea sunt consemnate 42 de inundatii. Se poate observa ca frecventa inundatiilor a crescut odata cu trecerea anilor, o prima consecinta fiind cea legata de schimbarile climatice, dar si de reducerea capacitatii de transport in albiile minore ale arterelor hidrografice, ca urmare a aluvionarilor, a indiguirilor, a despaduririlor din bazinele de receptie-colectare dar si a diferitelor constructii in albia majora.

Principalele zone inundabile de pe teritoriul Romaniei sunt urmatoarele: Campia Crisurilor, Campia Dunarii, Campia Banatului, zona Somes-Crasna, Bazinul Siretului, Bazinul Prutului, Bazinul Oltului, Bazinul Muresului, Bazinul Argesului, Bazinul Calmatuiului, Bazinul Ialomitei, Bazinele Jiului si Somesului.

Din punct de vedere natural, ploile abundente sunt cele mai importante cauze ale producerii inundatiilor, deoarece caderea unor cantitati foarte mari intr-un timp scurt, in conditiile unei permeabilitati reduse a solului, face ca apa sa se scurga spre reteaua de vai, generand viituri, depasirea capacitatii de transport a albiilor majore provocand inundatii. Un exemplu de o asemnea viitura este cea produsa in orasul Brieg, din Alpii Elvetieni, in data de 24 septembrie 1993, vinovat fiind paraul Saltina. La primele ore a diminetii a inceput o ploaie torentiala ce a crescut progresiv in intensitate. Dupa trecerea viiturii s-au inregistrat zeci de victim si importante pagube materiale.

Topirea brusca a zapezii are un rol important in formarea viiturilor. Topirea zapezilor concomitant cu caderea precipitatiilor produc viituri catastrofale. O asemenea viitura a fost inregistrata in tara noastra in luna mai 1970 pe raurile Transilvania, Olt, Siret si Dunare.

Din harta zonelor cu risc potential la inundatii din Romania, furnizata de Administratia Nationala Apele Romane, se poate observa ca o parte mare a tarii noastre este vulnerabila la acest fenomen (Fig. 2).

Fig. 2 Harta zonelor cu risc potential la inundatii (Administratia Nationala Apele Romane)

In spatial hidrografic dobrogean, cursurile de apa au lungimi reduse, ce nu depasesc 60 de km, iar bazinele de receptive au o suprafata redusa. Aceasta situatie face ca pericolul viiturilor sa nu apara atat din cauza precipitatiilor de durata, cat si datorita pantelor mari ale vailor si versantilor ce marginesc aceste vai si unde, in perioade scurte de concentrare a viiturilor, produse de ploile foarte intense, se ajunge la inundatii de proportii.

In tabelul 1 se prezinta analiza unor viituri inregistrate la diferite statii hidrometrice din Dobrogea:

Tabel 1 Viituri inregistrate la statiile hidrometrice din Dobrogea (Adminstratia Bazinala de Apa Dobrogea Litoral)

Din cauza precipitatiilor abundente din 22.06.2004, au fost inundate zece localitati din judetul Constanta si anume: Municipiul Constanta, Ovidiu, Navodari, Lumina, Horia, Tortomanu, Pantelimon, Ciobanu, Crucea si Mircea Voda. Inundatiile au distrus sau au dus la deteriorarea unui numar de 1185 de case si anexe, 28 de obiective socio-economice, 28 de poduri, peste 65 de km de drumuri judetene si comunale, 120 fantani, retele de alimentare cu apa si canalizare au fost deteriorate, respectiv 1170 ha de teren agricol a fost inundat.

In perioada 22-23 septembrie 2005 s-a inregistrat la Costinesti o viitura care a distrus locuintele din fostul sat Schitu. S-au inregistrat pagube material prin distrugerea rambleului de cale ferata pe o lungime de circa 1.5 km (rambleu care a obturat cursul vaii torentiale), a numeroase drumuri de acces, case si moteluri, terase si restaurant. Viitura s-a propagate de unde din amonte de drumul European dinspre localitatea Biruinta unde in 24 de ore s-au inregistrat peste 300 mm, inregistrandu-se si pierderi de vieti omenesti. Cu aceasta ocazie o mare parte din lacul Costinesti a redevenit golf prin spalarea perisipului si a zonei de plaja o o lungime de circa 2 km.

Managementul riscului la inundatii

Cap. 3 Utilizarea SIG-urilor in gestionarea inundatiilor

3.1. Conceptul GIS

GIS este acronimul denumirii din limba engleza pentru Sistemele Informationale Geografice (Geographic Information Systems) si reda tehnologia care iși propune administrarea, analizarea și diferentierea informațiilor cu caracter geografic. Un sistem GIS este alcătuit din hardware, software și date geografice. GIS leagă locația de informație (unde se afla un lucru si ce caracteristici are acel lucru) și ofera o imagine mai clară a elementelor geografice.

In sens general, un sistem GIS va permite modelarea informatiei, proceselor si structurilor, care reflecta lumea reala, inclusive evenimente trecute, pentru intelegerea, analizarea si gestionarea resurselor si facilitatilor.

GIS este un sistem cu domenii de aplicatie nenumarate, fiind aplicabil in multe domenii, ca de exemplu: Turism, Criminalistica, Geologie, Sanatate, Stiinte Sociale, Geografie, Mediu, Financiar-Bancar etc.

3.2. Implementarea unui sistem SIG in delinierea inundatiei

Implementarea unui sistem SIG presupune parcurgerea unor etape, si anume:

Identificarea problemei, in aceasta etapa trebuie sa se identifice:

Natura rezultatelor cautate, caracteristicile generale si locale ale zonei ce urmeaza a fi analizata;

Natura datelor necesare si tipurile de straturi tematice care vor fi necesare pentru solutionarea problemei;

Etapele care trebuie parcurse pentru ca hartile finale si rapoartele sa contina informatiile solicitate si sa fie utilizabile.

Achizitionarea datelor: in aceasta etapa va trebui sa se identifice si sa se localizeze sursele necesare BD, adica a surselor de informatii primare si a celor secundare.

Proiectarea bazei de date: in aceasta etapa va trebui stabileasca detaliat structura BD. Eventualele omiteri produse in cadrul acestei etape , sunt de cele mai multe ori foarte greu de remediat. Pasi de lucru in aceasta etapa:

Etapa I – Identificarea caracteristicilor spatial, atributelor si straturilor tematice necesare.

Etapa II – Definirea parametrilor de stocare pentu fiecare atribut presupune determinarea atributelor necesare fiecarui strat thematic (se stabilesc parametrii specifici fiecarui atribut si tipurile de variabile care vor fi stocate).

Etapa III – Asigurarea registratiei coordonatelor: baza de date are in component un numar de straturi care acopera aceeasi zona geografica. Daca suprapunerea nu este corecta, vor aparea probleme atat la prezentarea grafica cat si la prezentarea rapoartelor finale. Eliminarea acestor problem se face prin regsitratie coordonatelor.

Etapa IV – Proiectarea fisierelor de lucru presupune: construirea unei baze de date prin achizitia datelor necasare, ori in cazul in care elementele caracteristice nu sunt in format digital, vor trebui introduse prin digitizare sau scanare.

3.3. Studiu de caz. Bazinul hidrografic Nuntasi

3.3.1. Proiectarea bazei de date

Scopul acestei aplicatii este acela de a furniza elementele necesare unei modelari hidraulice specializate. In modelarea hidraulica rezultatul final il constituie, pentru debite cu anumite probabilitati, nivelul apei si in felul acesta sa realizam o deliniere a inundatiilor. Rezultatul obtinut depinde de o serie de elemente specific bazinului hidrografic, si anume: altimetria bazinului, forma bazinului, lungimea albiei si afluentilor, panta medie a albiei si a versantilor. Avand in vedere cele mai sus mentionate, etapele necesare pentru parcurgerea acestei aplicatii sunt:

Producerea modelului numeric de teren al BH si analiza sa geomorfologica;

Crearea hartilor digitale referitoare la reteaua hidrografica;

Determinarea sectiunilor transversale unde se vor calcula nivelurile de inundabilitate.

Baza de date necesara a fi proiectata pentru aceasta aplicatie este compusa din urmatoarele layere (straturi) prezentate in tabelul nr. :

3.3.2. Elemente pregatitoare

Sursa principala pentru realizarea acestei aplicatii o constituie hartile si planurile topografice, care contin atat informatii altimetrice cat si o serie de informatii ce fac referire la vegetatie si hidrografie.

Pentru realizarea bazei de date necesara in aceasta aplicatie, prima etapa ce trebuie intreprinsa este cea de achizitionare a materialelor cartografice de pe care se vor culege informatiile. Pentru zona studiata se dispune de planuri topografice 1:25000, care contin informatii necesare acestei aplicatii.

Fig. Bazinul hidrografic Nuntasi

Aceste harti au fost scanate sub forma de fisiere cu extensie JPG sau TIFF si georeferentiate. In cazul hartilor scanate georeferentierea consta in localizarea cu mare precizie a punctelor de pe harta carora li se asociaza coordonatele metrice specifice. Operatia necesita patru puncte cunoscute. Curbele de nivel s-au vectorizat cu entitati tip linie, cu echidistanta de 5 m.

3.3.3. Realizarea modelului numeric de teren (MNT) si structure derivate

În sensul prezentat de [Hengl et al., 2003], modelarea digitală a terenului este un set de tehnici prin care se obține un model numeric altitudinal (Digital Elevation Model, DEM). In functie de modul de obtinere, de modul de utilizare sau de precizia dorita poate fi utilizata o anumita structura de stocare a modelelor numerice altimetrice ale terenului. Cele mai cunoscute sunt: structura tip GRID (grila), structura TIN (Triangulated Irregular Network – Retea neregulata de triunghiuri) si structura liniara (tip lista).

In aplicatia folosita pentru determinarea inundabilitatii este necesara o structura de tip TIN, motiv pentru care se va crea o astfel de structura (fig. ). Reteaua trianghiulara neregulata este o structura compusa din noduri, muchii si triunghiuri. Nodurile sunt punctele de prelevare care se unesc, in asa fel incat sa se formeze o retea de triunghiuri (fig. ). Deoarece fiecare nod este reprezentat prin tripletul de coordonate pe acele X, Y, Z, este posibil sa se defineasca o serie de parametric pentru fiecare fata triangular in parte: panta, expozitia, aria si lungimea. Rezulta astfel o forma continua de reprezentare a suprafetei terestre, care prezinta avantajul ca permite redarea unor trasaturi structural precum varfurile, rupturile de panta si microdepresiunile.

Fig. Structura tip TIN

Fig. Modelul TIN pentru BH Nuntasi

Modelul TIN (fig. ) se obtine avand tema ca tema active curbe de nivel. Se folosesc uneltele din Arctoolbox si anume: extensia 3d analyst tools. Se alege Data managementTINCreate TIN.

Pentru determinarea hartii pantelor se foloseste comanda SurfaceDrive slope si se obtine Panta.shp. Panta este un parametru foarte importanta al suprafetei, avand un rol deosebit in stabilirea directiei si intensitatii scurgerii apei, acumularii sau depunerii apei.

Fig. Panta terenului

Pentru a determina cumpana apelor se foloseste extenisa Hydrology.

Din meniul HydroFlow Direction se obtine harta directiilor de scurgere (fig. ), in care se poate observa ca scurgerea are loc pe 8 directii, programul alegand directia celei mai mari pante. Scopul consta in definirea si identificarea, intr-o faza precedent, a traseelor de scurgere, canalelor de drenaj si zonelor de acumulare maxima a scurgerii.

Fig. Directia de scurgere (Flow Direction)

Funtia Flow accumulation prezinta un mod indirect de a determina canalele de drenaj ale apei pe baza modelului numeric de teren. Calculul debitului acumulat pe diverse sectoare ale canalului de drenaj si impartirea scurgerii pe canale de scurgere (vai), pe suprafata bazinului hidrografic, poate fi realizata utilizand functia Flow accumulation. Cu ajutorul acestei teme nou create se poate determina reteaua hidrografica.

Fig. Determinarea traseului de acumulare a apei cu functia Flow Accumulation

Fig. Acumularea scurgerii BH Nuntasi

Functia Basin permite identificare si conturarea automata a cumpenelor de apa ale bazinului hidrografic, pe baza acumularii si directiei de scurgere. (fig. ). Dupa realizarea cumpenei apelor, suprafata BH este aceeasi cu cea pe care o cunoastem din cadastrul apelor.

Fig. Delimitarea cumpemei apelor cu functia Basin

Pentru continuare modelarii numerice a inundatiilor s-a folosit o extensie a ArcGis-ului 10.1 si anume HecGeoRas, extensie care face legatura intre ArcGis si HEC-RAS. Cu ajutorul aplicatiei HecGeoRas se poate crea: raul, malurile, sectiunile transversal.

Cu functia RAS Geometry Create RAS Layer Stream Centerline s-a creat raul care parcurge bazinul hidrograful studiat prin digitizare. Pentru a creea malurile se utilizeaza comanda RAS Geometry Create Layer Bank Line. S-a denumit raul cu numele Nuntasi, si s-a aratat directia de curgere a raului digitizand din amonte catre aval cu comanda RAS Geometry Create RAS Layer Flow Path Centerline.Pentru sectiunile transversale s-a folosit comanda RAS Geometry Create RAS Layer XS Cut lines.

Aceste layere s-au exportat din ArcGis 10.1 cu comanda RAS Geometry Export RAS Data si importate in HEC-RAS pentru modelarea numerica.

Cap. 4 Modelarea numerica a inundatiilor

4.1. Prezentarea generala a modelului HEC-RAS

Pentru realizarea modelului numeric al inundatiilor s-a folosit aplicatia HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center – River Analysis System), programul fiind elaborat de catre US Army Corps of Engineers. Aplicatia HEC-RAS este un sistem care permite analiza unidimensionala a miscarii apei in rau. Modelul poate efectua calculul suprafetei libere a apei in miscare permanenta, gradul variata si nepermanenta pe rauri in regim natural sau amenajat.

Pentru curgerea permanenta HEC-RAS foloseste ecuatia urmatoare:

Unde:

, – adancimile apei in sectiunile transversal 1 si 2 [m];

, – cotele geodezice ale talvegului [m];

, – vitezele medii pe sectiune (debit / aria de curgere) [m/s];

, – coeficientii lui Coriolos de neuniformitate a vitezelor;

g- acceleratia gravitationala [m/];

hr- pierderea totala de sarcina intre sectiunile 1 si 2 [m].

Pentru calculul pierderilor de sarcina programul HEC-RAS foloseste formulele lui Chezy si Manning corespunzatoare miscarilor uniforme, chiar daca miscarea este gradual-variata sau nepermanenta.

v = C = * *

Unde:

C- coeficientul lui Chezy [m1/2/s];

R- raza hidraulica [m]

I = 1 – panta hidraulica egala cu panta patului albiei;

n- coeficientul de rugozitate;

K- modulul de debit [m3/s].

In HEC-RAS terminologia, un “Proiect” este reprezentata de un pachet de fisiere associate datelor unui sistem particular de rauri care urmeaza sa fie analizat din punct de vedere hidraulic. Fisierele de date care alcatuiesc un proiect sunt clasificate dupa cum urmeaza:

Datele planului,

Datele geometrice,

Datele curgerii in regim permanent,

Datele curgerii in regim nepermanent,

Datele privind scurgerea sedimentelor,

Proiectarea datelor hidraulice.

Fiecare “Plan” reprezinta o asociere a unor seturi specific de date geometrice si date de curgere (date hidrologice). Odata ce datele de baza (datele privind geometria albiei sistemului de rauri si datele curgerii – hidrologice) sunt introduce in modelul HEC-RAS, modelatorul poate foarte usor sa formuleze planuri de lucru corespunzatoare diverselor variante de amenajare pe care doreste sa le analizeze. Dupa efectuara calculelor hidraulice, rezultatele corespunzatoare diverselor variante de amenajare pot fi comparate simultan atat in format tabular cat si in format grafic.

Fig. Interfata HEC-RAS

Atunci cand se lanseaza in executie programul HEC-RAS, va apare o fereastra ca in figura de mai sus. In partea de sus a ferestrei principale este o bara de meniu cu urmatoarele optiuni:

“File” – Aceasta optiune este utilizata pentru managementul fisierelor de lucru. Prin intermediul optiunilor disponibile sub meniul “File” se pot realize: deschiderea unui proiect nou, deschiderea unui proiect existent, salvarea, salvarea cu alt nume, redenumirea, stergere unui proiect existent, precum si importare sau exportare a datelor de intrare/iesiere;

“Edit” – Aceasta optiune este utilizata pentru introducerea si editarea datelor. Datele sunt impartite in patru tipuri: Date Geomtrice (Geometric Data), Datele curgerii in regim permanent (Steady Flow Data), Datele curgerii in regim nepermanent (Unsteady Flow Data) si Datele de Sediment (Sediment Data – optiune indisponibila);

“Run” – Aceasta optiune este utilizata pentru a executa calculele hidraulice. Optiunile de sub acest meniu sunt Steady Flow Data Analysis, Unsteady Flow Analysis, Sediment Analysis si Hydraulic Desing Function.

“View” – Aceasta optiune contine un set de tehnici cu ajutorul carora se pot prezenta grafic si tabular datele de iesire ale modelului. Meniul “View” include urmatoarele puncte: Cross Sections, Water Surface Profiles, General Profile Plot, Rating Curves, X-Y-Z Perspective Plots, Stage and Flow Hydrografs, Hydraulic Propeties Plots, Detalied Output Tabeles, Summary Tabeles si Summary Err, Warn, Notes.

“Options” – Aceasta optiune permite schimbarea optiunilor de stare a programului, sa seteze paramentrii impliciti, sa stabileasca Sistemul de Unitati de Masura si sa converteasca valorile diverselor date dintr-un Sistem de Masura in altul.

“Help” – Aceasta optiune permite sa se obtina informatii privind tipul si modul de introducere a datelor primare precum si modul de utilizare a datelor sau a optiunilor, etc.

Pentru dezvoltarea unei aplicatii cu modelul HEC-RAS este necesar sa se parcurga urmatoarele etape:

Introducerea numelui proiectului;

Introducerea datelor geomtrice;

Introducerea datelor curgerii (datele hidrologice) si a conditiilor limita;

Executarea calculelor hidraulice;

Vizualizarea si printarea rezultatelor.

4.2. Crearea unui proiect in bazinul hidrografic Nuntasi

4.2.1. Crearea proiectului

Prima etapa in dezvoltarea unei aplicatii cu HEC-RAS consta in stabilirea directorului de lucru si a titului noului proiect. Pentru a crea un nou proiect se apeleaza la meniul “File” din fereastra principal a HEC-RAS si se selecteaza optiunea “New project”. Pe ecran va apare o fereastra de dialog ca in figura (de mai jos)

In fereastra “New Project” se selecteaza drive-ul si directorul in care se doreste sa se dezvolte noul proiect. Se introduce titlul proiectului si numele fisierului. Numele fiserului noului proiect are extensia “.prj”.

Inainte de introducerea datelor privind geometria albiei si a datelor curgerii s-a selectat Sistemul De Unitati De Masura Metric ( sunt posibile doua sisteme de lucru: English sau Metric. Aceasta etapa se realizaeaza prin selectarea optiunii “Unit System” din meniul “Option” din fereastra meniului principal al HEC-RAS.

Fig. Deschiderea unui proiect

4.2.2. Introducerea datelor geometrice

Urmatoarea etapa in dezvoltarea unei aplicatii HEC-RAS o reprezinta introducerea datelor privind geometria albiei retelei hidrografice.

Fig. Scheama raului Nuntasi

Acestea constau in: informatii privind conexiunea retelei hidrografice (River System Schematic), datele profilelor transversal, datele prvind caracteristicile lucrarilor hidrotehnice (poduri, podete, deversoare, etc.), daca acestea exista. Datele geometrice s-au introdus prin selectarea optiunii “Geometric Data” din meniul “Edit” din fereastra principal a HEC-RAS. In cazul apliactiei B.H. Nuntasi, pe ecran apare o fereastra de lucru ca in figura IMAGINE CU SCHEMA RAULUI.

Dupa realizarea schemei sistemului de rauri, urmatorul pas in introducerea datelor privind geometria albiei consta in introducerea datelor profilelor transversale si a datelor caracteristice ale lucrarilor hidrotehnice.

4.2.3. Profile transversale

Profilele transcersale trebuie sa fie ridicate, astfel incat sa caracterizeze capacitatea de scurgere a albiilor compuse. De asemenea este necesar sa fie introduce profilele transversal in sectiunile reprezentative ale scurgerii, cum ar fi: confluente, schimbare de debit, schimbare de forma a albiei, rupere de panta, schimbare de rugozitati, precum si in vecinatatea diferitelor constructii (poduri, stavilare, praguri, etc.)

Selectand cu ajutorul mouse-ului optiunea “Cross Section” pe ecran va apare editorul profilelor transversal ca in figura de mai jos:

Fig. Profil transversal raul Nuntasi in amonte

Fiecarui profil transversal trebuie sa-i fie associate numele raului Nuntasi (River name), numele sectorului de rau (Reach name), denumirea profilului transversal (River Station) si o scurta descriere (Description). Acestea sunt necesare pentru a descrie unde este localizat profilul transversal in reteaua hidrografica. Identifactorul “River Station” trebuie sa aiba o valoare numerica. Sectiunile profilelor transversal sunt ordonate pe sectorul de rau din amonte catre aval.

Datele profilelor transversal constau in perechi de coordinate (x,y) reprezentand valorile distantelor si cotelor statiilor ce alcatuiesc descrierea profilului transversal. Perechile de coordinate (x,y) este necesar sa fie introduse in ordine crescatoare sau egale (pereti verticali) de la stanga la dreapta privind in sensul directiei de curgere a apei. In cazul B.H. Nuntasi, profilele au fost realizate in ArcGIS si exportate in HEC-RAS.

Pentru a caracteriza diin punct de vedere hidraulic, un profil transversal trebuie sa-i fie specificate distanta fata de sectorul de rau sau profilul aval, valorile coeficientilor Manning, pozitia malurilor raului si a valorilor coeficientilor de contractie si expansiune utilizati pentru a evalua pierderile de energie dintre sectiunea amonte si aval. Pentru acceptarea acestor date este necesar ca dupa introducerea lor sa fie selectat butonul “Apply Data”.

Prin intermediul optiunilor din meniul “Plot” pot fi printate reprezentarile grafice ale oricarui profil transversal.

Fig. Profil transversal

4.2.4. Miscarea permanenta

In cazul in care se doreste efectuarea unor calculi hidraulice in miscare permanenta se apeleaza optiunea “Steady Flow”, iar pe ecran va aparea o fereastra ca in figura

Figura Introducerea datelor de intrare

Pentru derularea aplicatiei se introduce urmatoarele date: numarul debitelor de calcul, valorile debitelor (minim un debit pentru fiecare sector de rau), conditiile la limita necesare. Prima data, trebuie sa se introduca numarul debitelor de calcul si apoi valorile acestor debite (fig…). Datele debitelor vor trebui introduse din amonte in aval pentru fiecare sector de rau. Schimbarile de debit vor fi introduse prin selectarea butonului “Add Flow Change Location” numai dup ace a fost selectat raul, sectorul de rau si locatia sectiunii transversal unde se doreste sa se faca o schimbare de debit.

Dup ace toate datele hidrologice au fost introduse urmatorul pas consta in introducerea conditiilor la limita necesare. Pentru introducerea conditiilor la limita se selecteaza butonul “Reach Boundary Conditions” din partea dreapta-sus a ferestrei ce permite editarea datelor hidrologice.

Conditiile la limita sunt necesare pentru a stabili nivelul initial al apei la capatele sectoarelor de rau analiate. In cazul regimului de curgere lent este necesar sa fie introduse conditii la limita numai in capatul aval al sistemului de rauri analizat. Daca regimul de curgere analizat este unul rapid, atunci este necesar sa se introduca conditii la limita numai in capatul amonte al retelei hidrografice. Pentru regimul de curgere mixt este necesar sa se introduca conditii limita la ambele capete ale sistemului de rauri.

Cele patru tipuri de conditii la limita care se pot introduce, dupa ce s-a selectat locatia cu ajutorul mouse-ului, constau in:

“Known Water Surface Elevation” – aceasta conditie la limita este necesar sa se introduca cota curbei suprafetei libere a apei corespunzatoare fiecarui debit de calcul;

“Critical Depth” – aceasta conditie permite calcularea adancimii critice pentru fiecare debit de calcul si o va utilize ca conditie la limita;

“Normal Depth” – pentru acest tip de conditie la limita, trebuie sa se introduca panta energetica care va fi utilizata pentru calculul adancimii normale (ecuatia Manning’s) in locatia respective. Daca nu se cunoaste panta energetica se poate aproxima prin introducerea, fie a pantei suprafetei libere a apei fie a pantei talvegului.

“Rating Curve” – atunci cand este utilizat acest tip de conditie la limita pe ecran va apare o fereastra care contine un tabel in care vor trebui introduse perechi de valori cote – debit corespunzatoare cheii limnimetrice din sectiunea respective.

O optiune suplimentara a editorului conditiilor la limita consta in faptul ca se pot specifica tipuri diferite de conditii la limita pentru fiecare debit de calcul din aceeasi locatie. Aceasta se realizaeaza prin selectarea optiunii “Set boundary for one profile at a time”, din partea de sus a ferestrei.

Dupa ce conditiile la limita au fost introduse se revine la editorul datelor curgerii in miscare permanenta.

Sub meniul “Option” din fereastra editorului datelor curgerii sunt disponibile o serie de optiuni care ne ajuta in introducerea si configurarea acestor date. Pentru ca datele introduse privind curgerea apei in miscare permanenta sa fie acceptate este necesar sa fie selectat butonul “Apply Data”. Datele curgerii in miscare permanenta vor fi salvate in fisiere a caror extensie va incepe cu litera “f”.

4.3. Interpretarea rezultatelor si discutii

Datele de intrare in modelul HEC-RAS sunt impartite in doua categorii:

Cele referitoare la geometria raului si anume raul, malurile raului, sectiuni; acestea au fost create in mediu SIG si apoi exportate in HEC-RAS;

Cele referitoare la valorile debitului maxim; aceste valori sunt determinate din studiul hidrologic si calculate pentru probabilitatile 2%, 1%, 0.5%, 0.1% (56 mc/s, 86 mc/s, 226 mc/s, 342mc/s);

In ceea ce priveste conditiile de calcul, pentru raul Nuntasi am ales urmatoarele optiuni:

Miscarea apei este permanenta;

Regimul de curgere este lent

Conditiile la limita; “nivel normal”, valoarea coeficientului Manning este diferita pe talveg in comparative cu malurile: 0.035 pe talveg respective 0.07 pe maluri.

In figurile de mai jos sunt prezentate hartile de inundabilitate pentru debitele de 2%, 1%, 0.5%, 0.1%.