Hidrologia apelor curgătoare

      A. Reţeaua hidrografică 

      Definiţie

      În cadrul reţelei hidrografice sunt cuprinse, pe lângă apele curgătoare cu caracter permanent şi văile seci ale torenţilor, ravenele şi ogaşele, diferitele canale etc.

      Văile colectează cea mai mare parte din apele precipitaţiilor şi a acviferelor, pe care le transmit apoi cursului principal. Dispoziţia ramificaţiei este diversă, în funcţie de relief şi structura geologică, ea ăputând fi caracterizată şi prin anumite elemente morfometrice.

      Într-un sens mai larg, prin reţeaua hidrografică se înţelege totalitatea unităţilor hidrografice existente într-un bazin de recepţie (cursuri permanente, temporare, lacuri naturale şi antropice, mlaştini etc.).

      Formarea reţelei hidrografice

      Apa joacă un rol foarte important în modelarea reliefului. Prin arterele ei fluxul de materie din cadrul bazinului se scurge ireversibil spre gura de vărsare. Procesul de formare şi evoluţie a reţelei hidrografice este foarte complex şi include toate etapele succesive, de la eroziunea de versant, până la cea fluvială.

      Pluviodenudarea, eroziunea în suprafaţă şi şiroirea constituie etape premergătoare apariţiei talvegurilor elementare. Odată cu trecerea la eroziunea liniară, prin aogaşe şi ravene, se realizează primele formaţiuni ale unui sistem de drenaj. Evoluţia ulterioară a acestora se realizează în raport cu condiţiile fizico-geografice locale, ele îndeplinind funcţia pentru care au fost creeate, mai întâi temporar, la ploile torenţiale, apoi permanent, când talvegul interceptează nivelul apei freatice sau captează un izvor suficient de mare pentru a-i asigura alimentarea permanentă.

      Pluviodenudarea, din punct de vedere geomorfologic, reprezintă acţiunea de mişcare şi deplasare a particulelor de la suprafaţa scoarţei de alterare prin acţiunea ploilor sau chiar din topirea zăpezilor, mişcare ce nu a ajuns încă la stadiul de scurgere concentrată sub formă de curent. Pluviodenudarea, ca proces geomorfologic, se desfăşoară şi pe terenurile plane, prin faptul că particulele de praf sunt desprinse fără a fi transportate în alt loc. Pe versanţi, fenomenul este mai pronunţat deoarece, conform gravitaţiei, particulele de praf sunt transportate într-un număr mai mare şi la distanţe mai lungi, în aval comparativ cu amonte.

      Pluviodenudarea, ca proces premergător apariţiei reţelei de drenaj, trebuie analizată atât în raport cu principalele caracteristici ale precipitaţiilor (intensitate, durată), cât şi cu proprietăţile scoarţei de alterare (gradul de permeabilitate, granulometria, structura), cu panta terenului, gradul de acoperire cu vegetaţie etc. (Zăvoianu, 1978).

      Eroziunea în suprafaţă se caracterizează printr-o deplasare a apei pe întreaga suprafaţă a pantei, adică scurgerea areolară. Aceasta rezultă, nu din înclinarea mică a suprafeţei, ci din abundenţa apei căzute care nu are posibilitatea să se infiltreze brusc, nici să se concentreze sub formă de curenţi.

      Chiar dacă apa începe să se concentreze, mai ales în părţile superioare, pe măsură ce coboară, cantităţile se cumulează  şi şuvoaiele se alătură, unul de altul, formând o pânză, o undă sau un val, în funcţie de abundenţa ploii (Posea et al., 1976). Ca urmare a scurgerii apei în pânză, pe pantă, se umplu, în primul rând, microdepresiunile de pe suprafaţa topografică; acestea, paralel cu umplerea, suferă un proces de colmatare cu particule foarte fine, antrenate de lama de apă şi îşi micşorează volumul, tinzând, în această fază, la o nivelare a suprafeţei topografice.

      Dacă  panta terenului este mică, stratul de apă aflat în mişcare atinge grosimi de 5-10 mm; în cazul în care panta este mai mare, scurgerea se produce sub forma unor firişoare. Eroziunea, prin firişoare de apă, dă naştere la o serie de şănţuleţe care îşi modifică continuu traseele prin intermediul microcapturi (Horton, 1945).

      Şiroirea apare ca o continuare a scurgerii în suprafaţă atunci când durata şi inetnsitatea ploii depăşeşte anumite limite.

      Între curgerea în pânză şi cea torenţială, se intercalează forme de tranziţie ale curgerii, cunoscute sub numele de şiroire, alteori de curgere “concentrată”. Şiroirea se face sub forma unor multiple firişoare de apă, a unor şuviţe sau curenţi; cele mai puternice organisme sunt cunoscute sub numele de şuvoaie. Cel mai important aspect al concentrărilor este trecerea de la acţiunea de spălare sau eroziune la cea liniară.

            Apariţia şiroirii este direct legată de intensitatea, durata şi energia de cădere a ploilor, de stabilitatea structurală a solului, de umiditatea acestuia, precum şi de continuitatea profilului pedologic. Viteza limită, pentru antrenarea prin rostogolire a unei particule, depinde de desnitatea şi volumul pe care-l are, precum şi de forma şi suprafaţa pe care o opune curentului (Feodoroff, 1965).

      Şiroirea creează forme de eroziune cu aspect alungit, începând de la şănţuleţe abia perceptibile şi instabile, până la excavaţiuni alungite, uneori pe zeci sau sute de metri (rigole). Rezultatul final îl reprezintă, pe lângă formele de eroziune şi cele de acumulare situate la baza versanţilor. Numai acţiunea repetată a ploilor cu efecte erozionale importante poate duce la completa lor individualizare şi la formarea unui talveg elementar cu capacitatea de a orienta şi organiza scurgerea superficială. În acest mod se asistă la apariţia unor artere noi de drenaj, care vor evolua spre altele mai puternice, cu scurgere organizată.

      Formele incipiente ale unui sistem de drenaj sunt reprezentate de ogaşe şi ravene.

      Ogaşele reprezintă o formă mai avansată de eroziune decât rigola. Are o adâncime cuprinsă între 0,30-2m (sau 0,5-3m), iar lăţimea cuprinsă între 0,5-8m. Când talvegul atinge roca în loc, se lărgeşte, pereţii se atenuează şi ogaşul se transformă într-o văiugă ce dispare cu timpul. În alte condiţii se adânceşte prin eroziune pe verticală şi dă naştere unei forme superioare cunoscute sub numele de torent.

      În funcţie de adâncime, ogaşele pot fi împărţite în: mici, cu adâncimi între 0,2-1m; mari, cu adâncimi între 1-2m.

      De obicei, lungimea unei astfel de formaţiuni este legată de a versantului cu aproximativ aceeaşi pantă.

      Ravenele reprezintă o formă avansată a eroziunii în adâncime. În acest caz acţionează legile după care se desfăşoară procesele eroziunii fluviale. Cu toate că acestea acţionează o perioadă scurtă de timp, panta profilului este ceea care-şi pune amprenta pe puterea eroziunii şi transportului apei.

      Ravenele, au adâncimi cuprinse între 3-30m şi lăţimi de 8-50m. Profilul longitudinal se prezintă în trepte la stadiul de eroziune activă, mai ales atunci când există alternanţe de roci cu coeziune deosebită. Când acţiunea de adâncire a unui astfel de organism intersectează o pânză freatică, funcţia de curgere devine sezonieră sau chiar permanentă.

      În funcţie de adâncime, ravenele pot fi: mici, cu adâncimi între 2-5m; mijlocii, cu adâncimi între 6-10m; mari, cu adâncimi >10m.

      În funcţie de lungime, pot fi: scurte, <300m; lungi, între 300-1000m; foarte lungi, >1000m.

      În funcţie de dimensiunea bazinului, pot fi: mici, <10 ha; mijlocii, între 10-30 ha; mari, între 30-100 ha; foarte mari, >100 ha.

      Etapele enumerate anterior au ca rezultat final permanentizarea unui talveg elementar, adică a unei celule de bază a sistemului hidrografic (sau sistem de râuri, sistem fluvial). Prin unire se vor forma artere mai mari şi bazine hidrografice cu particularităţi proprii în funcţie de condiţiile fizico-geografice.

      Geograful francez Emm. de Martonne, plecând de la postulatul că bazinele hidrografice sunt o consecinţă a climei, a analizat distribuţia râurilor cu ajutorul indicelui de ariditate care-i poartă şi numele. Pentru acest indice s-a luat ca bază raportul dintre precipitaţii şi temperatură: 

 

      Pe baza acestui indice se poate aprecia că formarea râurilor, adică  a curgerii, la nivelul câmpiilor situate <200m altitudine, în absenţa fenomenelor carstice, pentru zona temperată, ar avea loc în prezenţa unor cantităţi de precipitaţii de cel puţin 250 mm/an, pentru zona subtropicală 500 mm/an şi pentru zonele aride 1.000 mm/an.

      Văiuga este o formă negativă scurtă, cu adâncimi reduse şi versanţi slab înclinaţi, fund concav şi curgere temporară ce se manifestă în condiţiile unui relief cu energie redusă.

      Vâlceaua reprezintă un stadiu mai avansat al ravenei, având muchia şi versanţii slab înclinaţi şi fixaţi de vegetaţie, fund concav sau plat şi curgere temporară sau permanentă. În jonele joase, versanţii sunt slab înclinaţi şi folosiţi în agricultură.

      Adâncimile sunt reduse (câţiva metri), lăţimile de zeci sau sute de metri şi lungimile pot atinge 10-15 km. Lăţimea fundului variază între 30-200m

      Valea este stadiul cel mai avansat al categoriilor morfologice de curgere. Este o formă negativă de relief, îngustă şi alungită, cu pantă în descreştere pe sistemul amonte-aval, formată în urma acţiunii erozive a apelor curgătoare.

      În profil longitudinal valea ia naştere prin încorporarea unor sectoare diverse ca aspect şi vârstă (Romanescu, Jigău, 1998). Tipurile de văi rezultă din procesul genetic iniţial, dar şi din cel evolutiv. Văile se diversifică, mai ales, prin faptul că se supun, mai mult ca alte forme, legilor generale ale geomorfologiei: legea echilibrului, etajării, eroziunii diferenţiale, zonalităţii climatice etc. Ca urmare a acestor factori există mai multe tipologii.

      B. Categoriile hidrologice ale curgerii

      În acest caz se deosebesc: torentul, pârâul, râul şi fluviul.

      Torentul se manifestă numai în timpul ploilor şi se desfăşoară printr-o formă negativă: ogaş, ravenă etc. Este un fenomen hidrologic şi nu unul geomorfologic: în acest caz caractarizează doar curgerea.

      Denumirea provine dintr-un termen popular italian care semnifică o curgere năvalnică a apelor de ploaie adunate în şuvoaie. Curgerea prezintă viituri puternice, tumultoase, de scurtă durată, care se termină brusc după sfârşitul ploii. Ca urmare a panetlor mari din cadrul profilului longitudinal prezintă o mare putere de eroziune şi transport. În timpul viiturilor suprafaţa apei este bombată spre mijlocul albiei şi prezintă turbioane puternice.

      Pârâul reprezintă o apă curgătoare de mici dimensiuni, care poate avea curgere permanentă, dar şi perioade de secare (în funcţie de alimentarea superficială).

      Sunt considerate ca fiind artere hidrografice cu lungimi mai mici de 50 km, bazin hidrografic cu suprafeţe situate <300 km² şi un debit mediu multianual <1 m³/s.

      Prin unirea mai multor pâraie ia naştere un râu.

      Râul este o apă curgătoare cu caracter predominant permanent, care deţine o albie bine individualizată din punct de vedere morfologic. Alimentarea se face atât prin intermediul apelor de suprafaţă, dar şi a celor subterane, ponderile fiind diferite de la o regiune la alta. Unele râuri, mai ales cele din regiunile aride, pot seca în timpul verii.

      De regulă, râurile se varsă în alte cursuri de apă mai mari, în lacuri, mări sau oceane. Pot fi şi cazuri când gura de vărsare este falsă deoarece apele se pierd în substrat. Prezenţa sau lipsa apei în cadrul unui râu, o anumită perioadă a anului, permite clasificarea acestora în organisme cu:

      - curgere permanentă, la care nu se semnalează fenomenul de secare; alimentarea subterană suplineşte absenţa curgerii superficiale;

      - curgere sezonieră (semipermanentă), la care se semnalează fenomenul de secetă în sezonul uscat; alimentarea subterană este epuizată;

      - curgere temporară, cu apă doar în timpul ploilor torenţiale.

      Fluviul desemnează, în limbaj geografic, un râu de mari dimensiuni, care se varsă într-o mare sau ocean.

      Termenul este de origine latină şi provine din cuvântul “flumen” şi desemnează o apă care curge printr-o vale; a fost preluat de francezi ca “fleuve”. Cu toate acestea, în limba englează este sinonim cu râu. Termenul de râu, în literatura de specialitate, este utilizat pentru toate categoriile de ape curgătoare, indiferent de mărime.

      Fluviul deţine un grad ridicat de complexitate a regimului de curgere, ca rezultat al vastelor suprafeţe drenate de afluenţi.

      Sistemele fluviale pot fi:

      - independente, când râurile îşi varsă apele direct într-un lac, o mare sau ocean (Teliţa, Taiţa, Casimcea etc.);

      - dependente, când râurile se varsă în alte râuri şi prin intermediul acestora ajung într-un lac, mare sau ocean.

      C. Structura şi compoziţia reţelei hidrografice

      Structura reţelei hidrografice este controlată de câţiva factori importanţi: panta iniţială a terenului, inegalităţile rezistenţei rocilor la eroziune, controlul structurii, diastrofismul recent, istoria geomorfologică a reţelei etc. (Ichim et al., 1989).

      Ca urmare a studierii unui număr important de bazine hidrografice, situate în diferite condiţii climatice, geologice şi de evoluţie, s-au diferenţiat următoarele tipuri de structură:

      a. Dentritică. Este, pe departe, cea mai comună structură. Se caracterizează prin existenţa unor afluenţi care au aceeaşi direcţie de curgere cu râul principal, cu unghiuri de confluenţă, de regulă, mai mici de 90⁰. Se dezvoltă, cu precădere, în regiunile cu rezistenţă relativ uniformă la eroziune: Nipru, Volga, Obi, Enisei, Amur, Vedea, Bârlad etc.

      b. Rectangulară. Faţă de cea dentritică are confluenţe cu unghiuri drepte sau apropiate de 90⁰. Structura este controlată de factorul geologic, mai ales reţeaua de fracturi tectonice. Sunt adesea întâlnite în Scandinavia (mai ales pe coasta Norvegiei).

      c. Radiară. Este generată de prezenţa unor înălţimi dure, ale unor conuri vulcanice care, de altfel, impun o drenare pe flancuri: văile din regiunile muntoase înalte, râurile din Pamir, Peninsula Iberică, Africa Centrală etc.

      d. Fluată. Este atribuită, în general, râurilor ce curg prin văile situate între două masive muntoase. Afluenţii sunt colectaţi de pe povârnişuri şi majoritatea lor se varsă direct în râul principal, sub un unghi de 65-90⁰: Bistriţa, Lotru etc.

      e. Centripetă. Este generată de prezenţa unei mari arii depresionare care, ca nivel de bază, concentrează drenarea curgerii. Cele mai multe râuri se întâlnesc în regiunile semiaride.

      4.f. Multibazinală. Este întâlnită în regiunile colinare cu înălţimi mici sau în regiunile carstice.

      g. Zăbrelită (gratii). Dispune de unghiuri drepte de confluenţă (sau aproape de 90⁰). Cel mai adesea se dezvoltă în regiunile puternic fracturate şi cu alternanţe litologice.

      h. Paralelă. Este tipică pentru formaţiunile litologice dispuse longitudinal: structurile de fliş din Bucovina. Nu are o extindere regională deoarece intervenţia structurilor majore impune modificări radicale.

      i. Inelară. Se dezvoltă pe înălţimi izolate, mai ales pe domuri, conuri vulcanice, cu alternanţe de strate etc.

      j. Deranjată. Este impusă ca urmare a intervenţiei antropice, în scopul creerii unor acumulări: Podişul Moldovenesc, Câmpia Transilvaniei etc. Se includ şi reţelele dezvoltate din luncile marilor râuri, delte, câmpii slab drenate din nordul Europei etc.

      k. Contorsionată. Se datorează prezenţei alternanţelor litologice şi a unei tectonici complicate: bazinul Putna-Vrancea.

      Pentru România se pot distinge opt tipuri de reţele hidrografice (Coteţ, 1951) ca urmare a tipizării aspectului planic: dentritică, rectangulară, în gratii, radiară, convergentă, inelară, opusă, sucită.

      D. Albia cursurilor de apă

      Definiţie

      Albia reprezintă partea inferioară a unei văi, ocupată  permanent sau temporar de curentul de apă ce provine din colectarea precipitaţiilor. Prin urmare, albia formează suportul solid pe care vehiculează curentul de apă cu direcţie amonte-aval. Aşezată pe structuri geologice tari, albia modelează forma curentului şi îi imprimă direcţiile de curgere; pe structuri aluvionare curentul de apă (prin erodări şi depuneri) îşi modelează singur albia pentru a corespunde legilor sale de mişcare.

      Albia unui curs de apă este determinată hidrografic prin profile transversale, longitudinale şi forma în plan orizontal. Din punct de vedere dinamic, în cadrul albiei, rugozitatea şi granulometria pereţilor sunt elemente hidraulice care completează caracteristicile albiilor.

      Una din cele mai generale clasificări pentru albiile de râu este în funcţie de alcătuirea geologică a regiunii pe care o străbat cursurile de apă. În acest caz se disting: albii în roca în loc; albii semicontrolate de roca în loc; albii aluviale.

      Albiile care se adâncesc în roca în loc au patul şi malurile alcătuite din rocă dură, fapt pentru care sunt mai stabile. Cele din a doua categorie numai local sunt formate în roca în loc, în rest se manifestă în depozitele aluviale; cele mai multe dintre albiile existente sunt aluviale; cele care au patul şi malurile alcătuite din materiale transportate de râu şi depuse pe fundul văilor. Albiile aluviale sunt şi cele mai instabile dată fiind rezistenţa slabă a subtratului la eroziune.

      Profilul transversal al albiei

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

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

      Albia minoră (principală) reprezintă partea mai adâncă a văii, acoperită permanent cu apă, şi părţile sale laterale care pot avea apă numai o anumită parte din an. Este săpată, de obicei, în aluviuni şi mai rar în roca dură (parentală). Pe fundul său se află talvegul.

      Albia majoră (lunca) reprezintă părţile laterale ale văii, mai dezvoltate în suprafaţă şi care sunt acoperite cu apă doar în timpul viiturilor.

      La râurile de munte sau cele care curg prin văi încastrate în relief tabular sau cu roci dure – văi de tip canion, defilee şi chei - , albia majoră poate lipsi total sau parţial.

      Albia minoră prezintă dimensiuni variabile în funcţie de dimensiunea reţelei şi a bazinului hidrografic. Râurile mici prezintă adâncimi cuprinse între 0,5-2m, iar cele mari de 4-5m. La fluvii, adâncimile pot varia atât în funcţie de tipul de curs (superior, mijlociu, inferior), cât şi de dimensiunea bazinului hidrografic: pot ajunge până la 90-100m. Pentru Amazon, albia în cursul inferior atinge –92m, iar pentru Dunăre, pe braţul Tulcea, în dreptul oraşului cu acelaşi nume, adâncimea maximă este de –41m.