Metodologia din 21 august 2008

1. Introducere
O viitură produsă de ploi torențiale poate fi considerată rapidă atunci când sunt îndeplinite următoarele condiții:
- suprafața bazinului de recepție este cuprinsă între câțiva kmp și 200 kmp;
- timpul de concentrare este mai mic de 6 ore;
- durata ploii torențiale este de maximum 3 ore, fiind de regulă mai mică decât timpul de concentrare al bazinului;
- viitura este generată de o precipitație torențială care depășește 100 mm.
Formarea viiturilor rapide în bazinele mici este condiționată de procesele care au loc pe versant și pe formațiunile torențiale (ogașe, ravene, torenți), în timp ce producerea inundațiilor în aval de secțiunile de închidere ale bazinelor mici este condiționată nu numai de debitul maxim generat de o ploaie torențială, ci și de capacitatea locală de transport a albiei în zona localităților.
A. Elementele care favorizează producerea viiturilor rapide pot fi grupate în:
a) Caracteristici fizico-geografice ale bazinului și rețelei hidrografice:
- suprafața bazinului;
- forma acestuia;
- panta versanților;
- panta râului principal;
- densitatea rețelei de drenaj;
- gradul de împădurire;
- utilizarea terenului;
- textura solului, respectiv geologia, în cazul în care roca este la zi;
- capacitatea de înmagazinare a coloanei de sol.
Unele dintre aceste caracteristici pot face obiectul unor layere (straturi tematice) GIS*1), altele pot fi calculate cu ajutorul funcțiilor GIS. Utilizarea GIS este indispensabilă pentru definirea sau calculul elementelor primare care intervin în diversele relații sau modele matematice pentru obținerea debitelor maxime ori a hidrografelor de viitură.
----------
*1) Sisteme informatice geografice.
Caracteristicile fizico-geografice influențează:
1. mărimea scurgerii de suprafață (funcția de producție);
2. viteza de concentrare a scurgerii în rețeaua hidrografică (funcția de transfer);
3. deplasarea viiturii către aval (funcția de propagare).
Funcția de producție este puternic dependentă de textura solului și de utilizarea terenului (inclusiv de gradul de împădurire), care determină în ultimă instanță capacitatea de înmagazinare a zonei nesaturate. Panta versanților și a bazinului, forma acestuia, densitatea rețelei de drenaj, precum și panta rețelei hidrografice influențează funcțiile de transfer și propagare.
b) Factori agravanți (naturali și antropici)
1. Naturali:
- Umiditatea inițială a solului din bazin;
- Friabilitatea rocilor;
- Existența formelor de eroziune în adâncime (ogașe, ravene, torenți).
2. Antropici:
- lipsa măsurilor antierozionale și de corectare a formațiunilor torențiale;
- despăduriri excesive, combinate cu nerespectarea normelor silvice de tăiere sau de depozitare a deșeurilor lemnoase;
- practici agricole neadecvate;
- realizarea de construcții sau depozite în imediata vecinătate a malurilor.
Lipsa măsurilor antierozionale și de amenajare a formațiunilor torențiale contribuie la creșterea torențialității și a transportului solid.
Despăduririle neraționale și practicile agricole neadecvate (arături în lungul liniei de cea mai mare pantă, lipsa terasărilor etc.) au ca efect creșterea coeficientului de scurgere, cu influențe directe atât asupra volumului, cât și asupra debitului maxim al viiturii, respectiv a transportului solid.
B. Producerea inundațiilor în aval de secțiunile de închidere ale bazinelor mici este condiționată nu numai de debitul maxim generat de o ploaie torențială, ci și de capacitatea de tranzit a albiei. În depresiunile intramontane sau la ieșirea din zona montană, acolo unde s-au dezvoltat așezări omenești, panta râului este relativ redusă, ceea ce conduce la micșorarea vitezei de curgere în raport cu rețeaua hidrografică din amonte. Depunerea materialului solid în aceste zone conduce la înrăutățirea condițiilor de curgere și la creșterea nivelurilor. Fenomenul este deosebit de puternic în perioadele de viitură, caracterizate prin debite mari și transport târât important.
Evacuarea debitelor de viitură este, de asemenea, mult îngreunată în condițiile în care în zona podurilor/podețelor sub sau supratraversărilor capacitatea de transport a albiei este diminuată din cauza blocării curgerii cu material târât și plutitori.
În amonte de aceste obstacole se creează un adevărat lac, al cărui nivel ajunge la un moment dat la cote periculoase. Creșterea nivelului din spatele obstacolului conduce la inundarea zonelor locuite din vecinătate; dacă barajul creat de plutitori cedează brusc, unda de inundație rezultată are un mare potențial distructiv pentru zona din aval. Capacitatea de transport a râului este, de asemenea, diminuată în zona coturilor și îngustărilor de secțiune sau în cazul acumulării de ghețuri.
Ca urmare, în cazul bazinelor mici în care există așezări umane, menținerea capacității de tranzit a albiei joacă un rol de maximă importanță în prevenirea inundațiilor în zonă. În acest sens, toate construcțiile realizate în imediata vecinătate a malului râurilor (gatere, grajduri și anexe gospodărești, alte construcții) sau materialele depozitate în aceste zone trebuie îndepărtate pentru a nu înrăutăți condițiile de curgere la ape mari.
De asemenea, un rol important în generarea inundațiilor și în producerea de distrugeri în zonele locuite îl are modul de exploatare a pădurilor. După anul 1990, interesul major îl prezintă lemnul masiv, în timp ce părțile secundare ale arborilor sunt abandonate pe versant sau chiar în albiile pâraielor. Aceste resturi sunt antrenate în timpul precipitațiilor torențiale și se acumulează în secțiunile podurilor, ale îngustărilor de secțiune, sau formează depozite cu înălțimi de până la 5-10 m la confluențe.
De asemenea, stocarea materialului lemnos recent exploatat și netransportat din vecinătatea albiilor favorizează antrenarea lui în perioadele de viitură. Ajunși în vale, acești copaci exercită un efect distructiv extrem de puternic în aval sau blochează împreună cu resturile de la exploatările forestiere secțiunile de curgere ale podurilor și podețelor.
Pentru identificarea bazinelor mici, susceptibile să genereze viituri rapide, se parcurg următoarele etape:
1. triere preliminară (cap. 2);
2. diagnoză prin metode simplificate (cap. 3);
3. detaliere diagnoză (facultativă) prin modelare matematică avansată (cap. 4).
2. Trierea preliminară a bazinelor susceptibile de a genera viituri rapide
2.1. Metoda coeficientului de scurgere
Se utilizează ca elemente de prelucrat în GIS următoarele hărți în format digital:
a) zonarea precipitației maxime orare cu probabilitatea de depășire de 1%;
b) zonarea coeficientului global de scurgere alfa corespunzător ploii, cu probabilitatea de depășire de 1%; coeficientul de scurgere alfa se determină în funcție de acoperirea terenului și de pantă, conform metodologiilor în vigoare (Mita, 1996; INMH, 1997).
Prin suprapunerea informațiilor din cele două layere rezultă zonarea ploii orare nete cu probabilitatea de depășire de 1% pe întreg teritoriul țării. Această valoare introdusă într-o expresie simplificată a formulei reducționale conduce la determinarea debitului maxim corespunzător. Simplificarea amintită anterior constă în aproximația:
F
0.28 ──────── aprox. = 0.28 radical din F
(2.1.1)
(F+1)^m
unde:
F este suprafața bazinului hidrografic. Se recomandă ca această abordare să se limiteze la bazine cu o suprafață maximă de 100 kmp.
Comparând debitul maxim generat de ploaia maximă orară cu probabilitatea de depășire de 1% cu debitul maxim care poate fi transportat prin albie în zona localităților, se obține o primă informație asupra bazinelor susceptibile de a genera viituri rapide cu efecte grave. Pentru aceste bazine urmează a se efectua, ulterior, analize detaliate, privind atât ploaia generatoare, cât și formarea, respectiv propagarea viiturilor prin albie.
Metoda coeficientului de scurgere
GIS
┌─────────────────────────────────────┐
│ Zonare coeficient de scurgere 1%
│
│
Strat precipitat maxim orar 1%
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Strat scurs orar 1%
│
│
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
v
┌─────────────────────────────────────┐
│ Zonare si calcul debite maxime
│
│
pentru suprafețe < 100 kmp
│
└─────────────────────────────────────┘
Fig. 1*). Bloc-diagrama metodei coeficientului de scurgere
2.2. Metoda fiziografică
Se utilizează ca elemente de prelucrat în GIS următoarele hărți în format digital:
a) acoperirea (utilizarea) terenului;
b) zonarea tipurilor de sol.
În continuare, se parcurg următoarele etape:
1. Prin suprapunerea informațiilor din cele două layere și prelucrări elementare se obține harta digitală a indicelui CN (Curve Number) din modelul SCS.
Pentru clarificări referitoare la obținerea indicelui CN se recomandă consultarea anexei nr. 1.
2. Pentru un bazin dat, indexul global CN se obține conform metodologiei cuprinse în anexa nr. 1 sau ca medie ponderată cu suprafațele parțiale F(i), caracterizate de indicele CN(i).
3. Se calculează capacitatea de înmagazinare S din relația:
┌
┐
│
1000
│
S = 25.4 │ ────── - 10│
(2.2.1)
│
CN
│
└
┘
4. Pe baza acestor elemente se determină timpul de întârziere T(L) (T-lag), definit ca timpul care trece între centrul intervalului ploii și momentul în care se produce vârful viiturii, cu relația (US Department of Agriculture, 1997):
(S+1)^0.7
T(L) = (3.28084L)^0.8 ─────────────────────
(2.2.2)
1900 radical din I(B)
unde:
T(L) - timpul de întârziere în ore;
L - lungimea albiei principale în m;
I(B) - panta medie a bazinului în %.
Se menționează că atât L, cât și I(B) se obțin pe baza de prelucrări GIS, utilizându-se hărți la o scara adecvată.
Metoda fiziografică
GIS
┌─────────────────────────────────────┐
│
Acoperire teren
│
│
Tip de sol
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Selectare CN
│
│
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Calcul S
│
│
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Calcul T Lag
│
│
T c = 1.67 T Lag
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
GIS
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Delimitare bazine cu T c < 6 h
│
│
│
└─────────────────────────────────────┘
Fig. 2*). Bloc-diagrama metodei fiziografice
5. Se calculează timpul de concentrare (definit ca cel mai mare timp în care o picătură de apă care cade în bazin ajunge la ieșirea din acesta sau timpul care trece între sfârșitul ploii și producerea punctului de infexiune pe curba descendentă a hidrografului) cu relația:
T(C) = 1.67 T(L) (2.2.3)
6. Se identifică bazinele cu T(C) ≤ 6 ore
7. Bazinele astfel identificate pot fi suprapuse peste cele identificate în cadrul metodei precedente, reținându-le pentru analize detaliate doar pe cele care se regăsesc în ambele metode.
Evident, și această procedură are un caracter aproximativ, fiind utilizată pentru triere preliminară.
3. Diagnoza bazinelor susceptibile de a genera viituri rapide
3.1. Metoda estimării precipitațiilor prag
Pentru bazinele reținute la selectarea preliminară, în zona localităților se parcurg următorii pași:
1. În lungul râului, în localitate, se stabilesc pe bază de măsurătorihidrologice expediționare chei limnimetrice, care se prelungesc prin procedeulhidraulic în zona debitelor maxime.
2. Pentru fiecare secțiune i i = (1,n) din cheile limnimetrice corespunzătoare se determină următoarele perechi de valori:
- [h(mi); Q(mi)
- [h(mi) + 1; Q(1i)]
- [h(mi) + 2; Q(2i)]
- [h(mi) + 5; Q(5i)]
unde:
- h(mi) reprezintă cota absolută corespunzătoare poziției malurilor însecțiunea i; dacă malurile au cote diferite, se va considera valoarea minimă acelor două valori;
- Q(mi) reprezintă debitul de umplere al albiei minore din secțiunea i;
- Q(1i), Q(2i) și Q(5i) reprezintă debitele corespunzătoare unor niveluri cu peste 1m, 2m și 5m în raport cu cota malurilor (sau celui mai jos mal) din secțiunea curentă; se admite implicit că în zona localităților nu vor exista creșteri de nivel mai mari de 5 m în raport cu cota malurilor.
3. Corespunzător debitelor
1
n
1
n
1
n
Q(1) = ──
Σ
Q(1i),
Q(2) = ───
Σ
Q(2i)
și
Q(5) = ─── Σ Q(5i),
n
i=1
n
i=1
n
i=1
rezultă cotele h(1i), h(2i) și h(5i).
Metoda estimării precipitațiilor prag
┌─────────────────────────────────────┐
│
Chei limnimetrice CL i
│
│
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
Pentru fiecare
│
secțiune i
│
┌───────────────┐ v
┌───────────────┐
│
h m
│
│
Q am
│
│ h m + 1 m
├────>│
Q1
│
│ h m + 2 m
│
│
Q2
│
│ h m + 5 m
│
│
Q5
│
└───────┬───────┘
└──┬─┬──────────┘
│
┌─────────────┘ │
│
│
│ Modele
GIS
v
v
v simplificate
┌───────────────┐
┌───────────────┐
│ Zone inundate │
│ Ploaie orara
│
│
S 1
├────>│ generatoare
│
│
S 2
│
│
hp 1
│
│
S 5
│
│
hp 2
│
│
│
│
hp 5
│
└───────┬───────┘
└───────┬───────┘
│
^
│
GIS
v
└────────────┐
v
┌───────────────┐
┌─┴─────────────┐
│
Adancimi
│GIS
│ Valori prag
│
│
d 1
│<────┤
ploaie
│
│
d 2
│
│ generatoare
│
│
d 5
│
│
│
│
│
│
VP 1 (D k)
│
└──────────┬────┘
│
VP 2 (D k)
│
│
│
VP 5 (D k)
│
Corelații
v
┌─┤
│
┌───────────────┐
│ │
│
│
Pagube
│
│ │
│
│
│
│ └───────────────┘
│
P 1
│<──┘
│
P 2
│
│
P 5
│
│
│
└───────────────┘
Fig. 3*). Bloc-diagrama metodei de estimare a precipitațiilor prag
4. Pe baza cotelor h(1i) = h(i)[Q(1)], h(2i) = h(i)[Q(2)] și h(5i) = h(i)[Q(5)] se delimitează zonele inundate corespunzătoare, având suprafețele F1, F2 și F5.
5. În sfârșit, pe baza acelorași cote, din modelul numeric al terenului (determinat pe baza curbelor de nivel din hărțile existente) se obține harta adâncimii apei din zonele inundate.
6. Se recomandă să se facă și o evaluare aproximativă a mărimii pagubelor în funcție de adâncime (Oprișan, 2006).
7. Corespunzător debitelor Q(1), Q(2) și Q(5), utilizându-se modele simplificate (de exemplu, formula reducțională și coeficientul de scurgere corespunzător ploii cu probabilitatea de depășire de 1%), se determină ploaia orară care a generat aceste debite.
8. Utilizându-se coeficienți de trecere de la ploaia orară la alte durate se determină valori ale precipitației, care, odată depășite, pot conduce la viituri rapide. Aceste valori-prag, la care se adaugă valoarea precipitației orare, vor fi folosite pentru alarmarea populației și autorităților în caz de precipitații torențiale. Se recomandă ca valorile astfel obținute ale precipitațiilor să fie testate în cadrul unor modele cu parametri distribuiți sau semidistribuiți, pentru a evalua efectiv debitele generate.
Parcurgerea pașilor anteriori conduce la determinarea unei legături între debitele de inundabilitate Q(1), Q(2), respectiv Q(5), suprafața inundată, adâncimile corespunzătoare, pagube posibile și mărimea precipitațiilor-prag care generează aceste consecințe.
3.2. Metoda genetică
Pentru bazinele reținute la selectarea preliminară se parcurg următorii pași:
1. Se alege mărimea precipitației generatoare de viituri rapide:
a) fixând anumite valori prestabilite, indiferent de localizarea bazinului pe teritoriul țării, se propun următoarele valori-prag ale precipitației P:
- 100 mm/30 de minute;
- 120 mm/1h;
- 140 mm/2h;
- 150 mm/3h;
b) calculând doar pentru probabilitatea de depășire de 1% precipitația maximă pentru următoarele durate: 30 minute; 1h; 2h și 3h de la stația meteo cea mai apropiată de bazinul examinat și pe cât posibil de altitudine apropiată de altitudinea medie a bazinului.
2. Intensitatea ploii se poate considera constantă în timp sau triunghiulară, cu maximul la 1/3, 1/2 sau 2/3 din durata totală a ploii.
3. Se stabilește coeficientul de scurgere al bazinului în una dintre următoarele două variante:
Metoda genetică
┌───────────────┐
┌────────────────┐
│ Valori prag
│
│Strat precipitat│
│ predefinite
├─>
│
h 1%
│
│
│
│
│
│
│ 100 mm/30 min │
│
│
30 min
│
│
120 mm / 1h
│
│
│
1 h
│
│
140 mm / 2h
│
│
│
2 h
│
│
150 mm / 3h
│
│
│
3 h
│
└───────┬───────┘
│
└────┬───────────┘
│
│
│
SCS
v
│
│
┌───────────────┐
│
│
│┌─────────────┐│
│
│
││
Acoperire
││
│
│
││
teren
││
│
v
││ Tip de sol
││
│
┌───────────────┐
│└─────────────┘│
│
│
Hietograma
│
│┌─────────────┐│
│
│
│
││
CN
││
│
│
- constanta
│
│└─────────────┘│
│
│ -triunghiulara│
│┌─────────────┐│
│
└───────┬───────┘
││
S
││
│
│
│└─────────────┘│
v
v
│┌─────────────┐│ ┌───────────────────┐
││
Alfa
││ │
Coeficient de │
│└─────────────┘│ │
scurgere 1%
│
└───────┬───────┘ └───────────┬───────┘
│
│
v
v
┌───────────────┐
┌───────────────┐
│
Q 100
│
│
Q 30 min
│
│
Q 120
│
│
Q 1 h
│
│
Q 140
│
│
Q 2 h
│
│
Q 150
│
│
Q 3 h
│
└───────┬───────┘
└───────┬───────┘
│
│
v
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Chei limnimetrice CL i
│
│
│
└───────┬─────────────────────┬───────┘
│
│
v
v
┌───────────────┐
┌───────────────┐
│
hi 100
│
│ hi 30 min
│
│
hi 120
│
│
hi 1 h
│
│
hi 140
│
│
hi 2 h
│
│
hi 150
│
│
hi 3 h
│
└───────┬───────┘
└───────┬───────┘
│
│
GIS
v
GIS
v
┌───────────────┐
┌───────────────┐
│Zone inundate
│
│Zone inundate
│
│
│
│
│
│
S i 100
│
│
S i 30 min
│
│
S i 120
│
│
S i 1 h
│
│
S i 140
│
│
S i 2 h
│
│
S i 150
│
│
S i 3 h
│
└───────┬───────┘
└───────┬───────┘
│
│
v
v
┌───────────────┐
┌───────────────┐
│
Adancimi
│
│
Adancimi
│
│
│
│
│
│
d i 100
│
│
d i 30 min
│
│
d i 120
│
│
d i 1 h
│
│
d i 140
│
│
d i 2 h
│
│
d i 150
│
│
d i 5 h
│
└───────────────┘
└───────────────┘
Fig. 4*). Bloc-diagrama metodei genetice
a) utilizându-se modelul SCS (a se vedea anexa nr. 1), cu ajutorul căruia se determină:
- indexul CN, în funcție de acoperirea terenului și de tipul de sol;
- capacitatea de înmagazinare S;
- coeficientul de scurgere cu relația:
(P - 0.2S)ý
alfa = ─────────────;
P(P + 0.8S)
b) utilizându-se prelucrările INHGA pentru coeficientul de scurgere corespunzător ploii cu probabilitatea de depășire de 1% (Mita, 1996).
4. Cu aceste date se va obține debitul maxim, utilizându-se formula reducțională (INMH, 1997), respectiv hidrograful de debit cu ajutorul hidrografului unitar, folosindu-se parametri regionalizați (Diaconu și Șerban, 1994).
5. În lungul râului, în localitate, se stabilesc pe bază de măsurători hidrologice expediționare chei limnimetrice, care se prelungesc prin procedeul hidraulic în zona debitelor maxime.
6. Pentru debitele maxime obținute la pct. 3 se determină cotele corespunzătoare, iar din modelul numeric al terenului (determinat pe baza curbelor de nivel din hărțile existente), suprafețele inundate și adâncimea; se poate face și o evaluare aproximativă a valorii pagubelor în funcție de adâncime (Oprișan, 2006). Pe harta digitală, în zona localităților, se va marca extinderea acestora, precum și regimul adâncimilor (sub 1m, între 1-2 m, peste 2 m).
Parcurgerea pașilor anteriori conduce la determinarea unei legături între valorile-prag ale precipitațiilor sau valorile calculate ale acestora pentru probabilitatea de depășire de 1% și debitele de inundabilitate, suprafața inundată, adâncimile corespunzătoare, la care se adaugă eventual pagubele posibile.
4. Metoda de detaliere a diagnozei
Această etapă nu este obligatorie, urmând a fi aplicată acolo unde mărimea consecințelor anticipate (pagube materiale, pierderi de vieți omenești) este considerată importantă.
Se parcurg următorii pași:
1. Se stabilesc caracteristicile ploii generatoare de viituri rapide în următoarele ipoteze:
- probabilitatea de depășire a ploii de calcul: p(i) = 5%; 2%; 1% și 0,5%;
- durata ploii de calcul D(k) = 30'; 1h; 2h și 3h.
Se obține:
- stratul precipitat h(i,k), cu probabilitatea de depășire p(i) și durata D(k) (anexa nr. 2)
- hietograma ploii de calcul (anexa nr. 3);
Metoda de detaliere a diagnozei
┌─────────────────────────────────────┐
│
Caracteristici strat precipitat
│
│
│
│
P%: 5%; 2%; 1%; 0,5%
│
│
D: 30'; 1h; 2h; 3h
│
│
│
└──────────────────┬──────────────────┘
│
Calcul
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Strat precipitat h p % D
│
│
Hietograma ploaie de calcul
│
└──────────────────┬──────────────────┘
│
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Ipoteze calcul hidraulic:
│
│
│
│
- sectiune integrala
│
│
- sectiune micsorata
│
│
- sectiune blocata
│
│
- cedare blocaje
│
│
│
└───────┬─────────────────────┬───────┘
│
│
Modelare
v
v
┌───────────────┐
┌───────────────┐
│
│
│
│
│
│
│
│
└───────┬───────┘
└───────┬───────┘
│
│
GIS
v
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Cartografiere:
│
│
│
│
Zone inundabile
│
│
Adancimi
│
│
Viteze
│
│
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
GIS
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
Efecte viitura:
│
│
│
│
- intensitate viitura
│
│
- periculozitate
│
│
│
└─────────────────┬───────────────────┘
│
GIS
v
┌─────────────────────────────────────┐
│
│
│
Cartografiere periculozitate
│
│
│
└─────────────────────────────────────┘
Fig. 5*). Bloc-diagrama metodei de detaliere a diagnozei
2. Se efectuează rulări pentru evaluarea reacției bazinului.
3. În zona localității (localităților) din aval se efectuează calcule de propagare a viiturilor și delimitare a zonelor inundabile în următoarele ipoteze:
- viitura rapidă produsă de precipitația generatoare, conform ipotezelor prezentate la pct. 1;
- idem, în condițiile micșorării secțiunii de curgere în diverse ipoteze, ca urmare a construcțiilor realizate în apropierea malurilor și a depozitării de deșeuri lemnoase sau menajere;
- idem, în condițiile blocării totale a secțiunii de curgere la poduri, podețe, subtraversări sau supratraversări;
- idem, în condițiile cedării zonelor blocate; hidrograful obținut la ieșirea din localitate va fi propagat aproximativ până la următoarea localitate din aval, unde se reiau calculele hidraulice.
4. Caracterizarea zonelor inundabile afectate de viituri rapide
Deoarece evaluarea pagubelor din zonele inundate ridică probleme dificile, se consideră suficientă identificarea zonelor cu nivel ridicat de pericol, așa cum este definită în metodologia pusă la punct (Loat and Petrascheck, 1997, Musy et al., 2000) pentru SFOWG (Swiss Federal Office of Water and Geology) și prezentată în anexa nr. 4.
În cazul viiturilor rapide, cauzate de ploi torențiale de scurtă durată, intensitatea ploii depășește viteza de infiltrație, iar stocajul în zona nesaturată este redus. Ca atare, în aplicarea metodologiei SFOWG, se poate admite fără a greși prea mult că viitura are aceeași probabilitate de depășire ca și precipitația care o generează.
Având în vedere faptul că determinarea gradului de periculozitate al zonelor inundate presupune analize hidrologice și hidraulice pentru un număr important de cazuri (probabilități de depășire 1%; 5%; 2% și 0,5%), într-o primă etapă se pot efectua rulări doar pentru viitura rapidă generată de precipitația cu probabilitatea de depășire de 1%. Ca urmare, în loc de nivelul de periculozitate al zonelor inundate, se vor cartografia doar clasele de intensitate ale acestei viituri în zona inundată, oferind o imagine destul de concludentă asupra zonelor celor mai sensibile la viituri rapide.
5. Parametri caracteristici ai scurgerii torențiale
Drept parametri caracteristici ai scurgerilor torențiale se consideră:
- coeficientul de scurgere alfa;
- coeficientul de torențialitate al scurgerii lichide tau(l);
- torențialitatea scurgerii solide tau(s);
- coeficientul de periculozitate al viiturii pi.
5.1. Coeficientul de scurgere
Pentru bazine mici coeficientul de scurgere variază între 0,35-0,80, fiind în funcție de panta bazinului [I(b)%], de gradul de împădurire [C(p)%], de textura solului (textura ușoară, medie sau grea), precum și de valoarea API (Antecedent Precipitation Index), care reprezintă o măsură a influenței precipitațiilor produse în zilele anterioare. Valori mai mari de 0,8 ale coeficienților de scurgere sunt posibile pentru terenuri cu pante foarte mari sau cu valori ridicate ale API, care pot surveni după precipitații importante, anterioare ploii torențiale, și care conduc la saturarea stratului superior de sol sau în cazul unor roci impermeabile la zi.
Pentru detalii în legătură cu valorile coeficientului de scurgere în condițiile României, se recomandă consultarea lucrărilor: Mita (1996); INMH (1997).
5.2. Coeficientul de torențialitate tau(l) al scurgerii lichide
Coeficientul tau(l) reprezintă raportul:
αh(p1%)
h(net1%)
tau(l)= ─────── = ────────
(5.2.1)
h(prag)
h(prag)
unde:
- α este coeficientul de scurgere al viiturii în condiții de umiditate medie a bazinului;
- h(p1%) este stratul precipitat cu probabilitatea de depășire de 1%;
- h(prag) reprezintă stratul scurs (ploaia netă) care conduce la formarea debitului de umplere a albiei minore (definit conform
Ordinului ministrului mediului și gospodăririi apelor nr. 326/2007
privind aprobarea Metodologiei pentru delimitarea albiilor minore ale cursurilor de apă care aparțin domeniului public al statului), în condiții de umiditate medie a bazinului;
- mărimea lui h(prag) se determină prin încercări.
Coeficientul tau(l) reprezintă o măsură a gradului de depășire a capacității de transport a albiei și permite compararea bazinelor torențiale, conducând la ierarhizarea acestora în ceea ce privește gradul de pericol pe care îl reprezintă pentru localitățile din aval.
5.3. Coeficientul de periculozitate pi al viiturii
Coeficientul de periculozitate pi al viiturii este direct proporțional cu Delta h (diferența dintre nivelul maxim în râu și nivelul anterior producerii viiturii) și Delta Q (diferența dintre debitul maxim și debitul anterior producerii viiturii), respectiv invers proporțional cu t(cr) (timpul de creștere al viiturii, adică timpul în care se realizează saltul de debit Delta Q).
Ca urmare, în expresia lui pi va interveni raportul
Delta h . Delta Q
───────────────── .
t(cr)
Utilizându-se pentru normalizare valoarea raportului
┌
┐
│Delta h . Delta Q │
│───────────────── │
│
t(cr)
│
└
┘max
corespunzător celei mai severe viituri rapide înregistrate, coeficientul depericulozitate a viiturii va avea expresia:
Delta h . Delta Q
lg ─────────────────
t(cr)
pi = 10 . ───────────────────────
(5.3.1)
┌
┐
│Delta h . Delta Q │
│───────────────── │
│
t(cr)
│
└
┘max
Datorită faptului că în expresiile lui pi se utilizează atât la numărător, cât și la numitor aceleași mărimi, nu este necesară introducerea factorilor de transformare a unităților de măsură în vederea omogenizării acestora. Ca atare, variația debitului se va exprima în mc/s, creșterea de nivel în cm, iar timpul de creștere al viiturii în ore. Factorul 10 din fața expresiei lui pi are rolul de a extinde valoarea maximă de la 1 la 10.
Mărimile Delta h, Delta Q și t(cr) se obțin prin modelare matematică, corespunzător precipitației, cu probabilitatea de depășire de 1%.
5.4. Coeficientul de torențialitate tau(s) al scurgerii solide
În funcție de mărimea transportului solid, în micile bazine forestiere se disting următoarele clase de torențialitate (Giurgiu și Clinciu, 2006):
- cls. 1 0 - 0,5 t/ha an
- cls. 2 0,5 - 1,0 t/ha an
- cls. 3 1,0 - 2,0 t/ha an
- cls. 4 2,0 - 4,0 t/ha an
- cls. 5 4,0 - 8,0 t/ha an
- cls. 6 8,0 - 16 t/ha an etc.
Pentru a caracteriza transportul solid al viiturilor rapide se va utiliza aceeași clasificare, dar referitoare strict la evenimentele extreme din bazin. Pe măsura acumulării de date privind transportul solid târât în perioadele de viitură, se va încerca o abordare statistică a acestuia sau cel puțin o corelare cu debitul maxim de viitură.
5.5. Caracterizarea potențialului de generare a viiturilor rapide
Pentru caracterizarea complexă a potențialului de generare a viiturilor rapide al unui bazin hidrografic se pot utiliza următoarele perechi de valori:
a) [α, tau(s)] = (coeficientul de scurgere 1% al bazinului; coeficientul de torențialitate al scurgerii solide);
b) [tau(l), tau(s)] = (coeficientul de torențialitate al scurgerii lichide; coeficientul de torențialitate a scurgerii solide);
c) [pi, tau(s)] = (coeficientul de periculozitate 1% al viiturilor rapide; coeficientul de torențialitate al scurgerii solide).
În toate cazurile, precipitația declanșatoare corespunde ploii, cu probabilitatea de depășire de 1%.
6. Recomandări finale
Zonele inundabile rezultate prin modelare matematică, în ciuda incertitudinii de care sunt afectate, trebuie afișate la primării în vederea conștientizării populației asupra pericolului pe care îl reprezintă viiturile rapide.
De asemenea, pentru a avea o imagine reală asupra pericolului, limitele zonelor inundabile, aferente precipitațiilor generatoare, cu probabilitățile de depășire p%, trebuie asociate cu probabilitatea de depășire corespunzătoare duratei de viață medii din zonă. Aceste valori se obțin cu relația:
R(n) = 1 - (1 - p%)^n
(6.1)
În tabelul 6.1 sunt calculate probabilitățile de depășire R(n) corespunzătoare unor intervale de 70, 80 și 90 de ani.
Tabelul 6.1. Relația [p%, R(n)]
┌─────────────────────┬─────────────────┬──────────────────────────────────────┐
│
│
│
R(n)
│
│
p%
│
T
│
(probabilitatea de depășire
│
│(probabilitate anuală│ (perioada medie │
pe interval)
│
│
de depășire)
│
de repetare)
├────────────┬────────────┬────────────┤
│
│
│
70 ani
│
80 ani
│
90 ani
│
├─────────────────────┼─────────────────┼────────────┼────────────┼────────────┤
│
0,5
│
200
│
29,6%
│
33,0
│
36,3
│
├─────────────────────┼─────────────────┼────────────┼────────────┼────────────┤
│
1
│
100
│
50,5%
│
55,2
│
59,5
│
├─────────────────────┼─────────────────┼────────────┼────────────┼────────────┤
│
2
│
50
│
75,7%
│
80,1
│
83,8
│
├─────────────────────┼─────────────────┼────────────┼────────────┼────────────┤
│
5
│
20
│
97,2%
│
98,3
│
99,0
│
└─────────────────────┴─────────────────┴────────────┴────────────┴────────────┘
Cu alte cuvinte, probabilitatea ca o persoană din zona rurală să facă față consecințelor unei viituri rapide generate de o precipitație h(p%) nu este deloc neglijabilă, depășind, în multe cazuri, 50%. În contextul schimbărilor climatice, dar mai ales al modificărilor brutale din bazinele mici (despăduriri masive, eroziune accelerată), această valoare este probabil mai mare.
Anexele nr. 1-4 fac parte integrantă din prezenta metodologie.