VAILE RAURILOR

Vaile raurilor

Suprafata uscatului este brazdata de numeroase forme negative de relief alungite pe directia pantei celei mai mari, numite vai.

Vaile sunt mai inguste pe sectoarele lor de obarsie, de regula in regiuni mai inalte (adesea montane), apoi devin tot mai largi, pe masura traversarii treptelor mai joase de relief, a trecerii timpului si actiunii agentilor de modelare.

Ca traseu, vaile pot fi rectilinii (o situatie relativa) sau cu anumite grade de sinuozitate.

Lungimea vailor este foarte diferita, de la cativa km si pana la mii de km, iar latimea variaza, de asemenea, de la cativa metri pana la zeci de km. In lungul unui rau, aspectul vailor difera foarte mult, in functie de rocile pe care acesta le traverseaza, de pantele de scurgere, de relief, miscarile neotectonice, evolutia lor in timp, fenomenele de captare etc.

Geneza si evolutia vailor

Formarea vailor este legata de originea si evolutia reliefului sub influenta factorilor endogeni. Asupra reliefului actioneaza apele curgatoare, ca agent modelator. Actiunea morfogenetica a apei este dependenta de un complex foarte larg de factori fizico-geografici naturali (structura geologica, litologie, vulcanism, gravitatie respectiv pante, regimul precipitatiilor, invelisul biopedogeografic) si antropici (bararea cursurilor de apa, indiguirile, transferurile de debite etc.). La formarea vailor mai participa vantul si ghetarii.

Apa este agentul principal care determina formarea vailor. Actiunea sa morfogenetica se desfasoara etapizat fiecare etapa avand caracteristici specifice:

- Siroirea, ca forma elementara si de inceput a eroziunii lineare (in adancime);

- Curgerea torentiala, cu caracter intermitent, dar cu forme deja organizate (bazin de receptie, canal de scurgere, con de depunere);

- Curgerea permanenta, ca forma evoluata si cu volum in crestere progresiva, care formeaza, in timp, vaile. Subtapele curgeri permanente sunt: paraie rauri fluvii.

Vaile formate prin eroziune fluviatila au, de regula, forma unui V mai mult ascutit, care se deschide tot mai mult catre sectoarele inferioare.

Vaile formate de ghetari (de regula pe cursurile superioare ale raurilor din muntii foarte inalti) sau din zonele periglaciare, au un profil transversal mai larg, in forma de U.

In contextul modulului in care apar vaile raurilor, acestea pot fi fluviale, glaciare, glaciofluviale.

Elementele vailor

Toate vaile sunt formate din doua elemente principale: albia si versantii La randul sau albia poate fi compusa din albia minora si albia majora (lunca). Versantii se imbina intre ei prin interfluvii, care reprezinta si cumpene de ape si adesea, cuprind un numar diferit de terase. In functie de inclinarea si de pozitia lor fata de axul vaii versantii pot fi simetrici si asimetrici

Privita deci in ansamblu, o vale de rau este formata din fundul (patul) vaii, versanti, cumpana apelor si terase.

a) Fundul (patul) vaii ocupa partea cea mai joasa a acesteia si poate fi acoperita total sau partial de apele raurilor.

Partea care este ocupata permanent (frecvent) de ape se numeste albia raului. Atunci cand apa curge permanent prin albie aceasta se numeste albie minora, iar cand este inundata numai la viituri se numeste albie majora (lunca)

Albia minora este sapata direct in roca sau in aluviuni mai vechi. Linia care uneste punctele cele mai joase ale albiei minore, in lungul sau, se numeste talveg.

Albia majora este situata la altitudini de 0,5 3 4 m deasupra celei minore, de care se delimiteaza prin maluri mai joase (plaje) sau inalte (abrupturi).

In legatura cu notiunile de albie majora, lunca si ses, exista mai multe pareri: unii autori considera ca albia majora este frecvent inundabila, iar lunca, foarte rar, altii le include sub acelasi termen albie majora. Sesul este fie o denumire regionala a luncii, datorita netezimii sale, fie partea din lunca, laterala, practic lipsita de inundatii. In sfarsit exista autori care considera ca termenul de lunca se refera mai mult la vegetatia specifica a acesteia.

Albia majora (lunca) se dezvolta fie pe ambele parti ale albiei minore (bilaterala), fie numai pe o parte (asimetrica). In ambele cazuri, in teren, aspectul topografic al fundului vaii se prezinta astfel (pornind de la axul raului):

- Albia raului, cu adancimi diferite (ex. Amazonul 92 m);

- Fasia din vecinatatea albiei minore, putin accidentata, si inundata frecvent lunca interna.

- Lunca centrala, neteda, mai inalta;

- Lunca exterioara (lunca preterasa), mai coborata decat partea centrala, acoperita de brate si meandre vechi, parasite.

b) Versantii reprezinta partile laterale ale vailor, avand inclinari diferite, simetrice sau asimetrice, acoperiti cu numeroase microforme de relief (siroiri, torenti, paraie, alunecari, terase). Versantii sunt denumiti drept si stang in sensul scurgerii raului. Ca inclinare versantii pot fi lini, evazati, abrupti si foarte abrupti (in chei si canioane) si chiar surplomba (in chei). Evolutia versantilor se face, in timp, printr-o gama foarte larga de procese geomorfologice.

c) Cumpana apelor este situata pe culmile interfluviale si reprezinta linia de imbinare a versantilor de la doua rauri vecine. Urmareste in general liniile de cea mai mare altitudine, dar adesea devine sinuoasa, cu numeroase intranduri, in cazul fenomenelor de captare.

d) Terasele. Din anumite cauze climatice sau tectonice, uneori, raurile sunt obligate sa-si schimbe profilul longitudinal, prin adancire. Toate aceste procese sunt deosebit de complexe si de durata si au avut ca efect formarea mai multor terase (pana la 8-10).

Problemele privind terasele sunt studiate in amanunt de geomorfologie. Pentru hidrologi, acestea reprezinta forme de relief care influenteaza scurgerea apei si depozite importante de ape subterane freatice.

In ansamblu, raurile au cate 1-3 terase (trepte de terasa) de lunca si mai multe terase de versant, grupate in trei categorii: inferioare, medii si superioare. Gradul lor de pastrare in relief este foarte diferit, in special cele superioare sunt cel mai mult distruse de eroziuni ulterioare.

Terasele de versant sunt fie aluvionare (fragmente din vechile lunci aluviale), fie sculptate in roca. Terasele aluvionare sunt formate din orizonturi de nisipuri, prundis, pietrisuri, loess (loessoide), soluri fosile si actuale.

Dupa cum sunt dispuse fata de albia raului terasele pot fi bilaterale (pe ambii versanti) sau monolaterale (numai pe o parte a vaii). Numerotarea lor se face de obicei pornind de la nivelul luncii (sau de la baza versantului, in cazul celor care nu considera ca lunca este o terasa) deoarece, la partea superioara a vaii prezenta lor este adesea discutabila.

Unii autori le numeroteaza totusi in ordinea vechimii (de sus).

e) Alte elemente importante pentru caracterizarea vailor:

adancimea vaii: diferenta de altitudine dintre cumpana apelor si fundul vaii;

latimea vaii: distanta dintre cumpenele de apa, masurata pe harta.

In practica se pot face referiri la:

latimea vaii la nivel superior (la nivelul cumpenelor de apa);

latimea vaii la nivelul unei terase;

latimea vaii la baza (la racordul cu lunca).

In Figura nr. 8.1 se prezinta partea inferioara a vailor Siretului si Bistritei in sectorul de confluenta (Bacau).

Figura nr. 8.1. Elementele unei vai (albia minora, albia majora, versanti, terase)

Tipuri de vai

Marea varietate a vailor, legata de aspectele geologice, de relief, climatice, evolutie, forma, lungime etc. a impus clasificarea acestora, dupa mai multe criterii, in diferite tipuri.

a.  Dupa structura geologica si modul de formare:

Vai tectonice impuse de structurile tectonice: falii, grabene, cute, monocline etc.

Vai de eroziune formate de agentii externi, in special apa si gheata;

In regiuni monoclinale si in cele cutate larg se deosebesc:

Vai consecvente cu scurgerea concordanta cu inclinarea stratelor. Sunt vai simetrice, adesea cu terase bilaterale;

Vai subsecvente cu directia scurgerii perpendiculara pe inclinarea stratelor geologice: sunt de obicei asimetrice;

Vai obsecvente cu directia scurgerii orientata invers fata de inclinarea stratelor. Acestea curg pe capetele de strat, sunt simetrice, scurte si prezinta multe repezisuri si ruperi de panta;

Vai reconsecvente curg in lungul inclinarii stratelor dupa ca au erodat alte strate geologice de deasupra. Sunt la fel cu cele consecvente.

Vai longitudinale curg in lungul cutelor;

Vai sinclinale curg in lungul sinclinalelor; pe axul lor;

Vai anticlinale instalate pe axele anticlinalor;

Vai transversale care traverseaza sisteme de cute;

Vai de flanc (monoclinale) curg pe flancurile cutelor.

b.    In functie de raporturile mai generale de evolutie in conditiile unor structuri geologice diferite:

Vai antecedente: raurile s-au format, initial, intr-o anumita structura si si-au adancit cursurile in roci mai dure, odata cu inaltarea reliefului. Aceste vai sunt, in general, inguste: chei, defilee (Bistrita la Zugreni, Oltul la Turnu Rosu - Cozia).

c.   In functie de structura geologica, duritatea rocilor si agentul care le-a creat:

Vai in chei, cu versanti foarte abrupti, adesea verticali sau chiar in surplomba. Sunt foarte inguste si au profil in V sau U ingust;

Vai in canion in structuri orizontale cu duritati diferite: au pereti abrupti, aproape verticali.

d.  Dupa aspect:

Vai simetrice

Vai asimetrice;

Vai in forma de U, glaciare.

Cateva tipuri de vai se prezinta in Figura nr. 8.2.

Forma albiei in plan

Daca o privim in plan (de sus), albia unui rau are aspect sinuos, aceasta fiind tendinta naturala generala a directiei de curgere. Un rau este atat de liber, incat nu poate accepta o albie dreapta spunea in 1914 geomorfologul american Gilbert. Atunci cand sinuozitatile au o anumita amploare si configuratie ele se numesc meandre. Uneori cursurile de apa prezinta despletiri (impletiri sau ramificatii).

Meandrele se formeaza in anumite conditii de panta si de transport aluvionar. Tendinta de eroziune mai activa si mai prelunga asupra unui mal face ca albia raului sa se deplaseze catre acesta si sa inainteze, lateral, tot mai mult. In compensatie, malul opus ramane mai jos altitudinal si catre acesta se depun aluviunile. Se formeaza bucle tot mai largi, si mai ocolitoare numite meandre. Figura nr. 8.3

Figura nr. 8.3. Meandre

mal concav,

mal convex,

renie,

peduncul,

apex (varful meandrului)

Malul concav devine tot mai inalt, iar cel convex ramane lin si acoperit cu aluviuni friabile. Uneori, in timpul viiturilor, pedunculul meandrului este erodat, bratul ocolitor parasit si cursul devine relativ rectiliniu. Acest proces se numeste autocaptare si este insotit de cresterea locala a pantei, deci a eroziunii lineare si adancirea albiei.

Meandrul parasit mai este uneori activat la marile viituri apoi se colmateaza partial, ramane ca o balta si se eutrofizeaza.

In functie de modul de formare si de fizionomie, meandrele pot fi:

Simple cand au bucle singulare insirate in lungul cursului raului;

Complexe cand insasi buclele prezinta, la randul lor, alte bucle, intr-o succesiune si aspect complex;

Divagante (ratacitoare) in cazul luncilor largi, cu pante mici, meandrele se formeaza si se deplaseaza treptat spre aval;

Incatusate, grefate pe roci dure, in care caz malurile sunt inalte si abrupte;

Parasite, cand nu mai sunt activate la viituri. Se pastreaza la nivelul luncii sub forma unor denivelari cu sau fara apa, dar cu vegetatie higrofila (stuf, rogoz, papura, salcii etc.).

Procesele de autocaptare (taiere naturala a pedunculului meandrului) sau rectificarea artificiala a cursurilor de apa, sunt urmate de o serie de fenomene care creeaza microforme specifice de relief. Astfel meandrele parasite se mai numesc belciuge, brate moarte sau, pur si simplu, meandre parasite. Vechile renii sau sectoarele de lunca ramase in buclele meandrelor sub forma unor insule se numesc zatoane (in cazul reniilor) sau popine (gradisti) in cazul unor terenuri ferme, resturi ale fostei lunci, inconjurate de ape. Reniile se mai numesc scruntarii. In Figura nr. 8.4 se prezinta meandre ale raului Suceava, pe sectorul inferior.

Despletirile se formeaza (asa cum am mai aratat) in cazul scaderilor semnificative ale pantelor de scurgere, cand raurile incarcate cu cantitati importante de aluviuni, pierd din puterea de transport si se impotmolesc in propriile materiale transportate. Ocolind astfel de obstacole, albiile se bifurca sau se ramifica in mai multe brate, incojurand sectoarele mai inalte care devin astfel ostroave.

Ca si meandrarile, procesele de (despletire) sunt fenomene deosebit de complexe, cu semnificatii importante in evolutia albiilor minore. (Figura nr. 8.5)

Figura nr. 8.4. Meandre ale raului Suceava, pe sectorul inferior

Alte formatiuni din albiile minore

Meandrarile si despletirile sunt formele cele mai complexe si mai evolu-ate ale actiunii triconjugate ale apei raurilor (eroziune transport si acumulare). Eroziunea se exercita atat in plan vertical (eroziune li-neara) asupra talvegului cat si lateral, asupra malurilor (eroziune laterala). Raportul normal, dintre acestea este invers propor-tional; cand eroziunea lineara se exarcerbeaza, cea laterala este mai mica si invers. Dar, de regula, cele doua forme de eroziune actioneaza conco-mitent si complementar, intr- o gama foarte larga de intensitati si forme.

Figura nr. 8.5. Despletiri ale albiei raului Suceava pe sectorul superior

Transportul aluviunilor depinde de competenta raului, respectiv de debitul de apa si de viteza de scurgere. Atunci cand continutul solid este prea mare si nu mai poate fi transportat, in conditiile reducerii vitezelor de scurgere, aluviunile se depun.

In lungul si pe latimea raului exista o gama larga de viteze de scurgere a apei, ca urmare toate aceste fenomene se produc concomitent, fiecare cu intensitati diferite.

Atunci cand pe fundul sau catre malurile raului exista conditii de viteza mai redusa, o parte din aluviuni se depun sub forma unor fasii alungite. La inceput acestea sunt submerse si se numesc bancuri Cu timpul, prin inaltare, aceste formatiuni ies deasupra nivelului mediu al apelor si se numesc grinduri

Dupa pozitia lor grindurile pot fi:

Mediane, dispuse in interiorul albiei. Acestea sunt mai putin stabile;

Laterale, situate catre maluri. Sunt mai stabile;

Interabiale formate in preajma confluentelor, prin contopirea grindurilor laterale a celor doua rauri. Sunt cele mai stabile si evolueaza adesea catre forme iesite practic de sub influenta viiturilor. Un astfel de grind este dispus intre raurile Siret si Bistrita la SE de Bacau, intre Capul Piscului si coada lacului Galbeni. Aici sunt amplasate localitatile Holt, Dragomiresti, Letea Veche, Rusi Ciutea, Siretul. Situatia este asemanatoare si la confluenta raului Suceava cu Siret precum si in multe alte cazuri.

Profilul transversal al raului

Din analiza aspectelor pe care albiile raurilor le prezinta in plan (cvasirectilinii, meandrate, despletite) se desprinde concluzia ca, daca le-am sectiona cu planuri verticale, ar rezulta profile transversale foarte diferentiate.

Profilul transversal al unui curs de apa este o caracteristica deosebit de importanta, deoarece influenteaza in mod direct capacitatea de scurgere a acestuia si distributia vitezelor in plan orizontal si vertical. Atunci cand se amplaseaza statii hidrometrice de monitorizare a scurgerii apei, profilele transversale (sectiunile) acestora se aleg cu grija deosebita, pentru ca programul sa poata fi realizat in conditii optime. Se au in vedere sectoare relativ rectilinii de rau, cu maluri simetrice, fara spatii inactive, cu pante suficient de mari pentru ca viteza apei sa fie sensibil vizibila, iar determinarea celorlalti parametri hidraulici sa se poata face cu acuratete. Pe cat posibil, se aleg sectiuni pe care sa existe poduri, punti, etc. de pe care sa se execute masuratorile necesare. In caz contrar se construiesc astfel de instalatii hidrometrice, pe raurile cu latimi de pana la 100 150 m.

In general un profil transversal trebuie sa cuprinda:

linia patului albiei minore, a malurilor si a albiei majore pana la cote superioare nivelului maxim cunoscut al marilor viituri;

nivelul apei la data ridicarii topografice

Pe profilul transversal pot fi marcate nivelurile apei raului la valori minime, medii sau alte valori convenite pentru efectuarea diferitelor calcule: calculul de extrapolare a cheii limnimetrice, niveluri cu diferite grade de asigurare (minime), sau cu diferite probabilitati de depasire (maxime de 10, 5, 2, 1 %) etc.

Odata intocmit profilul transversal, pe acesta se pot delimita sau determina o serie de elemente necesare calculelor hidraulice: suprafata sectiunii udate (totale, la data ridicarii), suprafetele active si inactive (atunci cand acestea exista), latimea raului, respectiv distanta intre maluri la diferite cote, perimetrul udat, respectiv lungimea liniei malurilor si a patului albiei situate sub apa.

Cu aceste elemente de pe profil se pot apoi determina parametrii albiei in sectiunea respectiva:

adancimea medie (h_m) ca raport intre suprafata sectiunii udate Ω (m²) si latimea apei B(m);

raza hidraulica (R) ca raport intre suprafata sectiunii udate si perimetrul udat P (m);

In cazul existentei fenomenelor de inghet, perimetrul udat P este reprezentat atat prin linia fundului cat si prin linia fetei inferioare a formatiunilor de gheata. In cazul podului de gheata, P este aproape dublu decat in perioada cu albie libera.

Figura nr. 8.6. Profil transversal prin albia unui rau

La rauri mari si late fara maluri abrupte, adesea perimetrul udat se asimi-leaza cu latimea, iar raza hidraulica, cu adancimea medie.

Alte elemente se evidentiaza direct pe profilul transversal (adancimea maxima - h_max), sau se masoara in teren, odata cu ridicarea topometrica a profilului (panta I ).

Legat de profilul transversal al unui rau, mai trebuie mentionata rugo-zitatea albiei care repre-zinta, in fapt, valoarea medie a asperitatilor albiei. Rugozitatea se reprezinta sub forma coeficientilor de rugozitate (n) care au valori diferite, in functie de caracteristicile reale ale albiei si de formulele adoptate de catre diferiti autori.

In Figura nr. 8.6 se prezinta un model de profil transversal cu toate elementele sale.

Profilul longitudinal

Profilul longitudinal al unui curs de apa reprezinta, in general, linia talvegului sau de la izvor pana la varsare, transpusa in coordonate altitudinale (topografice). Dezvoltarea profilului longitudinal este legata de aspectele orografice ale reliefului, natura si structura geologica, regimul climatic al zonei, gradul de dezvoltare al    sau si debitul raului. Aspectul profilului longitudinal reflecta caracteristicile factorilor de control. In zonele montane, linia profilului longitudinal prezinta pante mai mari cu multe repezisuri si abrupturi, iar eroziunea este deosebit de activa. Patul albiei este format, in general, de roca de baza.

In zonele de dealuri si podisuri liniile profilului longitudinal se domolesc, pantele scad, apar si fenomene    de aluvionare. In sectoarele inferioare, in campiile de confluenta, linia talvegului prezinta pante foarte mici, predomina aluvionarile. Uneori apar eroziuni care plaseaza talvegul sub linia nivelului de baza.

Nivelul de baza, reprezinta punctul cel mai coborat altitudinal (cel mai jos) al profilului longitudinal. Acesta prezinta o importanta deosebita pentru evolutia profilului longitudinal in ansamblu, deoarece, de aici, se conditioneaza toate procesele morfogenetice din bazinul hidrografic aferent. La scara planetara, nivelul de baza este reprezentat prin nivelul general al Oceanului Planetar; de aici si numele de nivel de baza general. In sistemele hidrografice (fluviatile) niveluri de baza sunt considerate, practic, toate confluentele si acestea se numesc niveluri de baza locale.

Panta raului exprimata in promile reprezinta un raport intre diferenta de altudine dintre doua puncte de pe profilul sau longitudinal si lungimea sectorului cuprins intre acestea:

Panta raului poate fi considerata pe sectoare de anumite lungimi (in cazul calculelor hidraulice care se efectueaza) sau pe toata lungimea cursului de apa (in cazul aprecierilor generale legate de potentialul erozional al raurilor). In ceea ce priveste panta raurilor aceasta poate fi studiata sub doua aspecte: panta talvegului si panta oglinzii apei. Pe sectoare scurte, intre cele doua pante pot exista diferente semnificative, de care trebuie tinut cont in calcule. Daca ne referim insa la ansamblul lungimii raurilor (cel putin al celor mijlocii) aceste diferentieri nu mai au relevanta.

Profilele longitudinale ale raurilor pot avea aspecte diferite in functie de vechimea lor si de accidentele morfologice din lungul lor. Se poate vorbi despre profile rectilinii, cu rupturi de panta, glaciare (cu contrapante) si profile de echilibru (cele mai evoluate).

Profilul de echilibru este un profil ideal in care eroziunea si acumularea se compenseaza. Au un aspect concav, prelung, cu talvegul lin, fara accidente. Profilul de echilibru este de fapt un profil ipotetic, catre care tind toate raurile, dar acesta nu se atinge niciodata pe toata lungimea cursului, din cauza miscarilor neotectonice si a oscilatiilor permanente ale nivelului de baza. De asemenea pot interveni si multi alti factori (baraje, lucrari in albie, poduri, etc.)

In lungul profilelor longitudinale mai tinere se pot observa sectoare cu caracteristici diferite: cu repezisuri, cascade, praguri, evorziuni (bulboane), vaduri si intrevaduri, etc.

Pragurile sunt mici accidente in albia raului care influenteaza alura profilului longitudinal. Se observa si la nivelul oglinzii apei: Ex. pragurile Niprului.

Repezisurile sunt sectoare sculptate pe trepte structurale, pe care apa cade in trepte, dar nu in plan vertical (ex. Toancele).

Cascadele se formeaza de obicei in regiuni faliate (dar si in munti cu pante mari) si se caracterizeaza printr o cadere verticala a apei. Eroziunea nu se mai exercita linear ci in locul de cadere al suvoiului de apa, prin evorziune. Exemple de cascade: Niagara, Victoria (pe Zambezi), Angel (Venezuela - 978). Cascadele se retrag prin eroziune regresiva.

Evorziunile (bulboanele) se formeaza si pe sectoare cu pante mai mici, acolo unde scurgerea se realizeaza prin curenti circulari, (vartejuri).

In Figura nr. 8.7 se prezinta profilele longitudinale ale principalelor rauri din Romania.

Figura nr. 8.7. Profile longitudinale ale principalelor rauri din Romania (dupa C. Savin, 2001)