BAZINUL HIDROGRAFIC

Bazinul hidrografic

Bazinul hidrografic reprezinta suprafata (arealul) de pe care un curs de apa, considerat ca un sistem hidrografic (impreuna cu toti afluentii sai) se alimenteaza cu apa. Un bazin hidrografic se delimiteaza de celelalte prin cumpana de ape In principiu, cumpana de apa reprezinta o linie fictiva care corespunde liniei cu inaltimile cele mai mari din cuprinsul bazinului hidrografic. Relatiile din teren arata insa ca, datorita proceselor morfogenetice foarte complicate si a fenomelor de captare care se produc, de multe ori cumpana de ape se abate de la aceasta regula.

Cumpana apelor reprezinta astfel limitele geografice ale unui bazin hidrografic. Aceasta porneste de pe inaltimile maxime situate in zona de izvoare a cursului principal, urmareste, pe o parte si pe alta, liniile cele mai inalte de relief din zonele de obarsie ale tuturor afluentilor si se inchide la gura de varsare a sistemului fluviatil (la confluenta cu un alt rau sau la intrarea in lacuri, mari si oceane). Atunci cand un rau traverseaza un lac care, de fapt, se integreaza in bazinul sau hidrografic, acesta nu constituie punctul de inchidere al cumpenei principale de apa ci a cumpenei secundare care delimiteaza suprafata de bazin hidrografic aferenta acestuia.

Din cauza complexitatii situatiilor din natura trasarea, pe harta, a cumpenei apelor comporta numeroase dificultati, mai ales in zonele de campie unde reperele de altitudine sunt slab perceptibile sau in sectoarele unor depresiuni si inseuari unde exista uneori difluente (confluente cu doi emisari).

In afara de situatiile consemnate la suprafata terenului, mai trebuie mentionat si faptul ca nu intotdeauna cumpana apelor superficiale coincide cu a celor subterane. Se poate astfel vorbi de doua cumpene de apa, care uneori, cel putin pe anumite sectoare, au trasee diferite. Cumpenele de ape subterane sunt dependente mai mult de stucturile geologice, in timp ce cumpenele de apa superficiale urmaresc linii de relief cu o evolutie mai rapida in timp. Procesele care duc, cel mai frecvent, la modificarea cumpenelor de ape superficiale sunt cele de captare fluviatila, iar baza lor genetica este asigurata de oscilatiile si de pozitiile nivelurilor de baza (baze de eroziune).

Intr-un rau cu nivel de baza situat mai jos altitudinal decat cel al raului vecin, eroziunea regresiva inainteaza mai activ si, in timp, parti din bazinul cu nivel de baza mai ridicat trec in competenta celui cu nivel de baza mai coborat

Exemple de captari fluviatile sunt numeroase pe glob. Referindu-ne la tara noastra mentionam :

Captarea (conform unor ipoteze) a cursului superior al raului Trotus de catre cel (actual) inferior, din aval de Comanesti. Exista presupunerea ca Trotusul era afluent al Tazlaului, ajungand la aceasta prin seaua Moinesti;

Captarea din bazinul superior al Cuejdiului;

Captarea iminenta a raului Siret de catre Sitna (afluent al Jijiei, din bazinul hidrografic Prut) in zona Seii Bucecea;

Captarea iminenta a raului Moldova, de catre cursul superior al Somuzului Mare, din zona Baia - Radaseni etc.

Captarea unui rau de catre altul nu se face transant ci in perioade indelungate de timp, in care exista fenomene de difluenta (convietuire) intre acestea.

Prin captare raurile beneficiare (captatoare) isi sporesc debitele de apa, iar cele captate pierd din volumul de apa scurs.

Adesea fenomenele de precaptare (captare iminenta) sunt valorificate in actiuni de gospodarirea apelor. Astfel, in zona Seii Bucecea, functioneaza deja un tunel cu un debit instalat de 8,00 m³/s care poate prelua apa din bazinul hidrografic Siret, cu bilant hidrologic excedentar (prin priza din barajul acumularii Bucecea), pe care o transfera in bazinul raului Sitna (deficitar hidric), in caz de nevoie (pentru irigatii).

Intr-o varianta mai veche a Programului complex de amenajare complexa a spatiului hidrografic Siret exista si proiectul unui transfer de debite (8,00 m³/s) din raul Moldova in raul Somuzul Mare (intr-o acumulare de 165 milioane m³). De aici debitele ar fi ajuns prin intermediul Somuzului Mare in raul Siret (acumularea Pascani, in constructie), iar apoi in bazinul Bahlui (tot printr-un tunel).

Aceste transferuri de ape pot fi considerate captari artificiale, iar in cazul lor cumpenele de apa nu mai prezinta relevanta. Mai pot fi mentionate numeroase captari de acest tip (de fapt transferuri de debite), in scopul cresterii debitelor afluente in sistemele hidroenergetice de la Bicaz, Vidraru, Raul Mare-Retezat, M.Apuseni, etc.

Forma si dimensiunile bazinului hidrografic

Bazinele hidrografice au forme si dimensiuni foarte diferite, in functie de caracteristicile geomorfologice ale teritoriilor pe care le dreneaza. Particularitatile de relief determina pozitia si orientarea bazinelor hidrografice si forma acestora. La randul sau, forma bazinului hidrografic determina, in mare parte, caracteristicile si particularitatile scurgerii. De forma bazinului depind lungimea si latimea acestuia, lungimea cursurilor de apa care compun sistemul hidrografic respectiv, durata si gradul de concentrare al viiturilor pe colectorul principal, marimea, forma si durata hidrografelor viiturilor, debitele maxime de varf, volumele scurs etc. Un exemplu, in acest caz, il constituie situatia viiturilor care se produc pe raul Trotus, cu un bazin lat, cu o concentrare mai rapida a scurgerii si cu debite maxime mari.

Aici propagarea viiturilor mari, nu respecta regulile de timp, din cauza afluentilor mari din sectorul mijlociu care, la confluente, devanseaza, unda de viitura care vine dinspre amonte, pe cursul principal. Succesiunea de timp a momentelor de culminatie se face, uneori, din aval spre amonte.

In cazul raurilor cu bazin hidrografic ingust, propagarea aparenta a viiturilor se face    mai lent.

Figura nr. 1. Tipuri de bazine hidrografice

Gruparea numeroaselor forme ale bazinelor hidrografice in tipuri se face dupa mai multe criterii. Pentru analiza proceselor scurgerii, insa, cea mai recomandabila este clasificarea care are in vedere modul de dezvoltare al bazinului hidrografic si care deosebeste cinci tipuri: (Figura nr.1).

I. Bazine cu dezvoltare mai mare in cursul mijlociu: Timis, Somes Trotus, Moldovita, etc.;

II. Bazine dezvoltate mai mult pe cursul superior: Jiu, Timis, Ialomita, Buzau;

III. Bazine uniform dezvoltate pe toata lungimea lor: Crisul Alb, Ariesul, Bega, Vedea;

IV. Bazine dezvoltate in cursul inferior: Arges, Somesul Mic; 

V. Bazine care se ingusteaza in sectorul mijlociu: Oltul, Tarnava Mare.

Semnificatia hidrologica a unei astfel de clasificari consta in aceea ca formarea si regimul scurgerii maxime (in special al viiturilor) prezinta particularitati legate de modul cum se realizeaza dezvoltarea bazinului hidrografic in lungul cursului principal. La cele cu dezvoltare mai mare in treimea superioara "marile viituri" care se formeaza aici, se atenueaza spre sectoarele mijlociu si inferior, mai slab sustinute hidrografic, iar in cazul bazinelor dezvoltate in sectorul inferior, problemele ridicate de marile viituri se produc aici. Am discutat mai sus cazul raului Trotus, cu bazin dezvoltat in sectorul mijlociu, unde unda maxima evolueaza, ca moment de producere, de multe ori din aval spre amonte.

Bazinele hidrografice dezvoltate relativ uniform pe toata lungimea lor vor forma viituri cu cresterile si atenuarile respective, din amonte spre aval.

Alte clasificari privind forma bazinului hidrografic pornesc de la aspectul acestora. In    acest sens se pot mentiona formele: dendritica, rectangulara, radiara, fluata, centripeta, zabrelita, paralela, inelara, deranjata, contorsionata etc, fiecare dintre acestea formandu - se in conditii specifice de evolutie. 

Caracteristicile morfografice si morfometrice ale bazinului hidrografic

3.1. Aspectele morfografice

Sistemele fluviatile, respectiv bazinele hidrografice exercita actiuni continui de modelare a scoartei terestre. Ca urmare a evolutiei acestora se poate vorbi de stadii de varsta (tinerete, maturitate si batranete), fiecare dintre acestea avand particularitati distincte privind aspectul retelei, profilele longitudinale si transversale ale cursurilor de apa, aspectul versantilor, potentialul de transport lichid si solid etc. Varsta bazinelor hidrografice se manifesta diferit in lungul acestora. Daca impartim un bazin hidrografic in zone dispuse in lungul sau, acestea sunt: zona I (curs superior), zona II (curs mijlociu) si zona III (curs inferior). Factorii de control care conditioneaza evolutia sistemului sunt: timpul, relieful initial, geologia (litologie, structura), climatul, vegetatia, regimul scurgerii apei si a aluviunilor, morfologia albiilor si a versantilor etc.

Se poate afirma ca particularitatile morfografice ale unui bazin hidrografic la un moment dat sunt conditionate de pozitia geografica (zona climatica), geomorfologia zonei (geologie si morfologie), vegetatia, regimul hidrologic si altele, toate considerate in contextul evolutiei lor in timp.

3.2. Morfomeria bazinelor hidrografice

Caracteristicile (elementele) morfometrice ale bazinelor hidrografice sunt, la randul lor, dependente de cele morfografice, respectiv de stadiul de evolutie al acestora.

a.  Suprafata bazinului hidrografic, este un element definitoriu pentru marimea scurgerii. Se noteaza cu F (km²) si reprezinta arealul cuprins intre cumpenele de ape ale bazinului. Determinarea suprafetei bazinului hidrografic se face pe harti, alese la scari convenabile, pentru asigurarea unei precizii corespunzatoare. Ca metode de lucru se folosesc cele specifice cartografiei (grafice si mecanice). Cand nu se dispune de aparatura de masurare, se aplica metodele grafice (caroiajele, asimilarea cu figuri geometrice asemanatoare).

In cazul aplicarii metodei caroiajelor, acestea se deseneaza pe harta la dimensiuni fixe, apoi se numara careurile intregi si cele partiale prin aproximare. Suprafata obtinuta se transforma la scara, prin inmultirea cu produsul scarilor si se obtine F (km²).

Daca se apeleaza la figuri geometrice regulate, suprafetele acestora se determina prin formulele specifice de calcul. Resturile de pe margini se aproximeaza si prin totalizare, se ajunge la F (km²).

Metodele mecanice constau in folosirea aparaturii specializate: paleta cadrilata, planimetrul simplu, planimetrul polar (integrator) si metoda gravimetrica (cantarirea unei figuri cu suprafata cunoscuta si compararea cu greutatea bazinului decupat din aceeasi hartie - carton).

b.  Lungimea bazinului [L (km)] reprezinta distanta in linie dreapta, de la varsare si pana la punctul cel mai indepartat, situat pe cumpana de ape, din zona izvoarelor. In cazul unor bazine cu forme aparte, lungimea se poate masura si pe segmente cu directii adecvate (ex. baz. Siret).

c.   Latimea medie a bazinului B) este o valoare fictiva care raspunde raportului:

(in km).

Dupa cum am mentionat in capitolul anterior, latimea bazinului prezinta o semnificatie importanta pentru formarea si evolutia viiturilor.

d.  Latimea maxima a bazinului (l_max, in km) este considerata ca fiind perpendiculara maxima pe linia lungimii bazinului. La latimi mari debitele de viitura sunt mai mari.

e.   Coeficientul de dezvoltare al bazinului (φ). Reprezinta raportul dintre suprafata bazinului si suprafata unui patrat care are latura egala cu lungimea bazinului.

Acest coieficient este subunitar, dar valoarea lui este cu atat mai mare, cu cat viiturile care se produc sunt mai intempestive.

f.    Coeficientul de asimetrie al bazinului (a), este un raport intre diferenta dintre suprafata versantului stang si a celui drept si suma acestora (suprafata totala a bazinului hidrografic).     sau

g.  Altitudinea medie a bazinului (Hm), este o caracteristica deosebit de importanta, care exprima, in fapt, zonalitatea altitudinala ca factor de control al majoritatii proceselor geografice. Este o valoare fictiva, calculata cu formula:

(in m)

in care : f₁h₁...f_nh_n = produsul dintre suprafetele partiale cuprinse intre doua curbe de nivel vecine (f) si cota medie dintre curbele de nivel respective (h).

h.  Graficul circular de repartizare a suprafetei bazinului. Reprezinta un cerc in care sunt consemnate procentual cotele parti ale suprafetelor subbazinale ale afluentilor si ale celor interbazinale. Figura nr. 2

Figura nr. 2. Diagrama repartitiei principalelor suprafete bazinale si interbazinale in bazinul hidrografic Jiu

i.    Coeficientul de acoperire a bazinului hidrografic cu lacuri, balti si mlastini - Ka

Existenta lacurilor, baltilor si mlastinilor de pe cuprinsul unui bazin hidrografic, care au rol important in regularizarea regimului scurgerii apei se exprima sub forma unui coeficient procentual:

(lacuri, balti, mlastini)

Unde: K_a = coeficientul de acoperire;

Σf = suma suprafetelor lacurilor, baltilor, mlastinilor;

F = suprafata bazinului hidrografic.

j.     Graficul (epura) de crestere a suprafetei bazinului odata cu cresterea lungimii raului

Un astfel de grafic prezinta cresterea progresiva a bazinului hidrografic pe masura ce ne indepartam de izvoare. Semnificatia sa este aceea ca ofera o imagine sintetica a formei si simetriei bazinului hidrografic, a modului de compunere a sistemului fluviatil, a variatiei altitudinii medii in lungul raului etc.

k.  Graficul de repartizare a suprafetelor bazinului hidrografic pe trepte de altitudini. Curba hipsografica.

Acest grafic se construieste in coordonate rectangulare cu altitudinea in ordonata. Graficul are o forma in trepte.

Curba hipsografica reprezinta integrarea acestor trepte (curba de durata).

Densitatea retelei hidrografice

In functie de caracteristicile climatice (in principal de umiditate si temperatura), de alcatuirea geologica, fizionomia terenului si gradul de acoperire cu vegetatie, reteaua hidrografica poate fi mai bogata sau mai saraca, atat in ceea ce priveste volumul scurgerii cat si ca numar de cursuri de apa. Lungimea totala a cursurilor de apa dintr-un bazin hidrografic, raportata la suprafata acestuia reprezinta densitatea retelei hidrografice.

Densitatea retelei hidrografice este considerata sub doua aspecte: densitatea retelei permanente si temporare si densitatea totala (care are in vedere toate cursurile de apa, inclusiv cele torentiale). De regula, densitatea retelei hidrografice totale se calculeaza numai in lucrarile de specialitate care privesc anumite bazine hidrografice sau unitati fizico-geografice, deoarece se pot efectua identificari si masuratori pe harti, pana la cele mai mici detalii.

La nivelul unei tari sau in cazul bazinelor hidrografice mari, densitatea retelei se refera in general la reteaua hidrografica inventariata in Atlasul Cadastral (codificata).

Densitatea retelei hidrografice din Romania s-a calculat luandu-se in considerare afluentii pana la ordinul IV. Au rezultat valori de la 1,2 - 1,4    km/km² in zonele cele mai inalte (Carpati) si pana la 0,1 - 0,5 km/km² in regiunile aride, de campie (Baragan).

Pe o harta a densitatii retelei hidrografice, liniile care unesc puncte cu aceleasi valori se numesc izodense.

Caracteristicile fizico-geografice ale bazinului hidrografic

Dintre factorii fizico-geografici de control ai regimului scurgerii, cei mai importanti sunt:

Pozitia geografica respectiv coordonatele sale geografice, prin care se incadreaza bazinele hidrografice in zone climatice sau unitati morfologice diferite. De aici rezulta intreaga gama de variatie a tuturor celor alti factori de control.

Conditiile climatice care conditioneaza in cel mai inalt grad regimul scurgerii prin oscilatiile termice, regimul precipitatiilor si al evaporatiei. Sunt rare bazinele in care climatul nu are rol preponderent (zone carstice, sau cele cu predominarea unor granulometrii mari a rocilor);

- Structura geologica determina procesele de infiltratie si de scurgere si conditioneaza alimentarea subterana;

Gradul de acoperire cu vegetatie, in special coeficientul de impadurire, induce rolul regularizator al acestuia;

Coeficientul de acoperire cu lacuri, balti si mlastini prezinta de asemenea, un rol de regularizator al scurgerii. Exceptie pot face unele catastrofe (ruperi de baraje) care exarcerbeaza local, viiturile din aval.

Mari fluvii ale Terrei

Numarul si dimensiunile marilor sisteme hidrografice care dreneaza cele 180 milioane km² ale uscatului Terrei, dispus in 6 continente este extrem de variat. De asemenea, conditiile de formare si de regim al scurgerii sunt foarte diferentiate: unele fluvii dreneaza zone ecuatoriale si au debite mari (Amazon, Congo, Mekong), altele sunt situate in regiuni tropicale si subtropicale, desertice (Amu-Daria, Sar -Daria) si prezinta regimuri diferentiate ale scurgerii (uneori seaca inainte de a debusa in emisari) in zonele temperate oceanice sau continentale cu regimuri in consecinta si in zonele circumpolare.

Directiile de curgere ale fluviilor lumii urmaresc marile linii de relief si sunt, la randul lor, foarte diferite.

Trebuie mentionat faptul ca, in toate cazurile, debitele si regimul scurgerii sunt conditionate de elementele de control pe care deja le-am mentionat: pozitia geografica, extinderea bazinului hidrografic, particularitaritatile geologo-geomorfologice, conditile climatice, covorul biogeografic, gradul de acoperire cu lacuri, balti si mlastini si factorul antropic. Acesta din urma prezinta un rol tot mai pregnant deoarece, practic, pe toate fluviile lumii sunt instalate sisteme hidroenergetice importante.

In analiza regimului scurgerii pe marile fluvii terestre trebuie pornit de la ideea ca acesta, intr-o sectiune data, exprima sintetic complexitatea factorilor fizico-geografici si a influentelor antropice din bazinul hidrografic aferent. Debitele foarte mari, in sine, nu sunt periculoase daca exista albii corespunzatoare, care sa le asigure un tranzit normal.

Daca ar fi sa efectuam ierahizari in cadrul numarului mare de sisteme hidrografice ale Terrei, trebuie sa mentionam ca exista numeroase criterii de clasificare: lungimea cursului principal, marimea bazinului hidrografic, debitul de apa, caracteristicile regimului hidrologic, gradul de influenta antropica etc. In cele ce urmeaza vom prezenta cateva ierarhizari (primele 10 fluvii) efectuate in functie de lungime, suprafata bazinului hidrografic si debitul de apa (partial dupa C. Savin, 2001).

Tabelul nr. 1 Marile fluvii ale Terrei

a.    In functie de lungimea cursului principal:

b.    In functie de suprafata bazinului hidrografic aferent:

c.    In ceea ce priveste debitele de apa:

Spre comparatie: Dunarea - 6480 m³/s

d.    Dupa sursele de alimentare si regimul scurgerii apei.

Alimentarea marilor sisteme hidrografice se face, in toate cazurile din precipitatii (pluvial, nival), din topirea ghetarilor (glaciar) sau din surse submerse. Tipurile de alimentare se deosebesc dupa predominarea uneia sau alteia dintre sursele mentionate. Considerand ca alimentarea subterana este cvasipermanenta in toate cazurile, principalele tipuri se definesc dupa predominarea a 1-2 din celelalte surse. Cand procentul de participare al unei surse depaseste 80% din volumul anual, tipul se defineste prin aceasta sursa: alimentare pluviala, nivala, glaciara. Cand procentul unei surse depaseste 50% din volumul anual se asociaza si cea de a doua, ca preponderenta: nivo-pluvial, pluvio-nival, glacio-nival etc. Daca nici o sursa de alimentare nu depaseste 50% din scurgerea anuala, tipul de alimentare se numeste mixt.

Regimul hidrologic depinde in principal de sursele de alimentare si de modul lor de manifestare si reprezinta reparttia scurgerii intr-o anumita perioada de timp (sezon, an, sir de ani).

M. I. Lvovici, in lucrarea 'Elementele regimului hidrologic pe globul pamantesc' stabileste 38 de tipuri de regim hidrologic dintre care primele 11 sunt mai principale: Amazon, Niger, Mekong, Amur, mediteranian, Odra, Volga, Yukon, Caucazian, groenlandez, Loa. Se poate constata ca cele 11 tipuri acopera principalele zone climatice si mari unitati geografice.

Drenarea de catre reteua hidrologica a suprafetei uscatului se face atat catre mari si oceane deschise, cu legaturile intre ele (reteaua exoreica - cca. 119 milioane km², cat si in lacuri si mari interioare, fara legatura cu nivelul general al Oceanului Planetar (reteaua endoreica). Suprafetele endoreice si areice (fara scurgere) difera de la un continent la altul: Africa (9,6 mil km²); America de Nord (0,8 mil km²), America de Sud (1,4 mil km²) ; Asia (12,3 mil km²); Australia si Oceania (3,9 mil km²); Europa (2,2 mil km² din care 2,2 mil km² aferent M. Caspice).

In tabelul nr. 2 se reprezinta o situatie sintetica a zonelor scurgerii exoreice si endoreice ale lumii (C. Savin, 2001)

Tabelul nr. 2 Suprafetele cu scurgere exoreica si endoreica (dupa C. Savin, 2001)