BAZINUL HIDROGRAFIC I REEAUA HIDROGRAFIC

1.1 Elementele definitorii ale bazinului hidrograficBazinul hidrografic, bazinul de receptie sau bazinul colector al unei retele hidrografice reprezinta suprafata teritoriului de pe care apele rezultate din precipitatii si cele subterane se scurg si patrund in ramificatiile retelei. In spatiul bazinului hidrografic au loc toate procesele fizice ce determina scurgerile hidrologice, de aici decurgand si importanta sa in studiile hidrologice. Suprafata si subteranul bazinului hidrografic sunt elemente ce influenteaza distributia precipitatiilor atmosferice in parametrii caracteristici ciclului hidrologic. Limita bazinului hidrografic se traseaza pe planurile de situatie in functie de relieful reprezentat prin curbele de nivel si este determinata de cumpana apelor sau perimetrul bazinului hidrografic, acesta se poate defini ca locul geometric al punctelor de pe care apa rezultata din precipitatiile atmosferice se scurge gravitational spre reteaua hidrografica a bazinului. Cumpana apelor unui bazin hidrografic trecand prin punctele cele mai inalte (culmi de munti, coline, dealuri) apartine si bazinelor invecinate. La un curs de apa se poate stabili bazinul hidrografic corespunzator profilului de inchidere (sectiunea de varsare), cat si cel corespunzator unui

profil oarecare de pe cursul respectiv, in care poate exista un post hidrometric, o confluenta, o captare de apa, o derivatie, un lac de acumulare etc.

1.1.1 Delimitarea subbazinelor si a zonelor interbazinaleLinia cumpenei apelor delimiteaza prin proiectia orizontala suprafata bazinului hidrografic. Dupa modul cum se realizeaza transportul apelor de scurgere dintr-un bazin hidrografic in albia cursului principal, se stabilesc doua categorii de zone, si anume: subbazine hidrografice, de pe care scurgerea este transportata concentrat prin intermediul unei retele secundare de scurgere (afluenti) in cursul principal; zone interbazinale, de pe care transportul scurgerii se realizeaza pe intreaga lungime a frontului de contact dintre zone si cursul principal de apa.

1.1.2 Stabilirea epurei bazinului hidrograficEpura bazinului hidrografic este o reprezentare grafica prin intermediul careia este redata variatia marimii suprafetei bazinului in raport cu lungimea cursului de apa principal. In bazinul hidrografic se observa ca suprafata totala a bazinului (F, km2) este impartita de cursul principal ABCDE in doua: - Fd - suprafata bazinului aflata pe dreapta cursului principal; - Fs - suprafata bazinului aflata pe stanga cursului principal. Pornind de la izvorul A al cursului principal pana la confluenta din B, se determina suprafetele partiale FAB pe dreapta si FABs pe stanga. Suprafata bazinului hidrografic aferenta profilului situat imediat amonte de confluenta din B este: FAB DREAPTA + FAB STANGA. In B, intervine pe dreapta cursului principal, afluentul FB, cu suprafata subbazinului corespunzator FFB. Continuand astfel se obtin valorile suprafetelor pe dreapta si pe stanga, corespunzatoare diferitelor profile caracteristice de pe traseul cursului principal, precum si lungimea acestuia (l, km). In profilul de inchidere al bazinului hidrografic rezult: Fd = FAB + FBC + FCD + FDE Fs = FAB + FBF + FCG + FDI+ FDE

l = lAB + lBC + lCD + lDE F = Fs + Fd Pentru trasarea epurei bazinului se ia un sistem de axe rectangular in care se prezint la scri convenabile, pe ordonat, lungimea cursului principal, pe abscisa pozitiv, Fs, i pe abscisa negativ Fd. Pentru bazinul hidrografic din figura 1.1 s-a intocmit epura reprezentat in figura 1.2. Suprafeele au fost determinate cu ajutorul planimetrului polar, iar lungimile cu ajutorul curbimetrului.

L(km)

A B

Afluent FB

C

F dr (km)

Afluent EC

D

F stg (km)

FCD dr

FBC dr

FAB dr

FAB stg

FFB

FBC stg

FEC

FCD stg

Figura 1: Epura bazinului

Figura 1.2. Epura bazinului hidrografic

Au rezultat urmtoarele valori pentru bazinul hidrografic din figura 1.1: FsAB=1,6 km2 FsBC=2,66 km2 FsCD=0,5 km2 FsDE=0,14 km2 Fs = 4.9 km2; FdAB = 1 km2; FdBF = 0.8 km2; FdCG = 1 km2; FdDI = 1 km2; FdDE = 0.66km2; lAB = 2.5 km; lBC = 1.7 km; lCD = 1.4 km; lDE = 0.7 km; l = 6.3 km. F = Fd + Fs = 4.46 + 4.9 = 9.36 km2.

1.1.3 Lungimea bazinului hidrograficLungimea bazinului hidrografic L se definete ca fiind distana msurat de la vrsarea cursului principal pn la cumpna apelor (obria

cursului). In cazul unor bazine asimetrice sau cu aspect curbat, lungimea bazinului hidrografic este dat de linia median a bazinului (locul geometric al punctelor aflate la mijlocul distanei dintre versanii opui). In cazul bazinului hidrografic din figura 1.1 lungimea este L = 6.5 km.

1.1.4 Limea medie a bazinului hidrograficLimea medie a bazinului hidrografic B se determin prin calcul, ca fiind raportul dintre suprafaa i lungimea bazinului: B=F/L (1.2)

unde F este suprafaa bazinului hidrografic i L este lungimea liniei mediane a bazinului hidrografc (km). Pentru acest bazin obinem B = 9.36 / 6.5 = 1.44 km.

1.1.5 Forma bazinului hidrograficGeometria suprafeelor bazinului hidrografic este extrem de variat i numai cu abateri ar putea fi asimilat cu figuri geometrice cunoscute. a) Coeficientul de dezvoltare al cumpenei bazinului hidrografic Valoarea coeficientului d se obine ca raportul dintre lungimea cumpenei apelor bazinului dat i perimetrul unui cerc avnd o suprafa egal cu a bazinului.

unde LC este lungimea cumpenei bazinului hidrografic (km) i lC este perimetrul cercului cu o suprafa egal cu suprafaa bazinului (km).

=

21 = = = 1.936 2 2 9.36

b) Coeficierntul de dezvoltarea al bazinului hidrografic

Coeficientul este dat de raportul dintre limea medie i lungimea bazinului sau de raportul dintre suprafaa bazinului i suprafaa ptratului avnd latura egal cu lungimea bazinului. = B / L = F / L2 = F / L2 = 9.36 / 6.52 = 0,221 c) Abaterea de la forma circular

(1.4)

Relaia care d aceast abatere de la forma circular = 4F / LC = 4 * 3,14 * 9.36 / 21 = 5.60 d) Coeficientul de asimetrie al bazinului hidrografic Modul in care suprafaa total a bazinului hidrografic este distribuit pe stnga sau pe dreapta cursului principal determin asimetria. Acest coeficient a este dat de relaia: a = 2(Fs Fd ) / (Fs + Fd) = 2((Fs Fd ) / F a = 2(Fs Fd ) / F = 2(4.9 4.46) / 9.36 = 0.094

(1.5)

(1.6)

Deci, pentru acest bazin, se constat o asimetrie de stnga, adic pe dreapta este dispus cu 9.4 % mai mult din suprafaa de drenaj dect pe stnga cursului principal. e) Idograma bazinului hidrografic Idograma este o reprezentare grafic prin intermediul creia este redat variaia limii bazinului n raport cu lungimea cursului principal de ap. Referindu-se la bazinul hidrografic din figura 1.1 se calculeaz limile medii ale zonelor direct aferente cursului principal: BBA = FBA / lBA = (F1d + F1s) / lBA = F1 / lBA = 2,6 / 2,5 = 1,04 km

BCB = FCB / lCB = (F3d + F3s) / lCB = F3 / lCB = 4,46 / 1,7 = 2,62 km BDC = FDC / lDC = (F5d + F5s) / lDC = F5 / lDC = 1,5 / 1,4= 1,071 km (1.7) BED = FED / lED = (F7d + F7s) / lED = F7 / lED = 0,8 / 0,7 = 1,14 km n acelai sistem de axe, reprezentnd grafic n mod adiional, limile subbazinelor pe lungimile afluenilor respectivi, rezult forma idogramei din figura 1.3.B (km)

BFB BCE

BAB

BDC

BCB

DLDC

CLCB

B E A FLBA LFB LEC

L (km)

Figura 1.3. Idograma bazinului hidrografi

1.1.6.Curba hipsometric i altitudinea medie a bazinului hidrograficCurba hipsometric este o reprezentare grafic a repartiiei suprafeei bazinului hidrografic pe zone de altitudine cu ajutorul creia se determin ce procent din suprafaa bazinului are altitudini superioare acesteia.

Pentru determinarea curbei hipsometrice se ia un sistem de axe rectangular, n care se reprezint altitudinile pe ordonat i suprafeele pariale f1 dintre curbele de nivel, pe abscis. Notaiile folosite n figura 1.1 e figura 1.4 au urmtoarea semnificaie: H1 este cota curbei de nivel de cea mai nalt altitudine (m); H este echidistana curbelor de nivel (m); C1 i C0 sunt cotele de pe cumpna apelor, cea mai nalt, respectiv cea mai joas (m); fI - suprafeele pariale cuprinse ntre curbele de nivel de ordinul "i", i = 1,2, , n (km2).H (m)

1264

1300 1280 1260 1240 1220 1200 1180 1160 1140 1120 1100 1080 1060 1040 1020 1000 980 960 940 920 900 880 860 840 820 800

f (km)

Figura 1.4. Curba hipsometric a bazinului hidrografic Construirea curbei se realizea prin reprezentarea perechilor de valori (Hi, fi). Altitudinea medie a bazinului hidrografic se calculeaz dup planul de situaie cu curbe de nivel, considernd c suprafaa parial fi,, cuprins ntre curbele de nivel Hi-1 i Hi are altitudinea medie Hi-1 + Hi / 2. Altitudinea medie a bazinului se obine ca o medie ponderat:

=1 [] =

(1.8. )

Dac egalm aria cuprins ntre curba hipsometric i axele de coordonate, cu aria unui dreptunghi avnd ca baz suprafaa bazinului hidrografic, rezult altitudinea medie a bazinului egal cu nlimea dreptunghiului.

1.1.7 Panta medie a bazinului hidrograficPanta medie a bazinului hidrografic se determin dup planul de situaie cu curbe de nivel, cu ajutorul relaiei: unde , este lungimea total a celor n curbe de nivel din bazinul hidrografic considerat.

, =

[%]

(1.9. )

1.2 Elemente caracteristice ale reelei hidrografice aferente bazinului hidrografic studiat 1.2.1 Lungimea reelei hidrograficeLungimea total a unei reele hidrografice este format din lungimea cursului principal Lp i lungimea afluenilor li .

Lungimea unui curs de ap reprezint distana exprimat n km, msurat n plan orizontal de la confluen spre izvor (figura 1.5). Figura 1.5. Schema hidrografic a unui curs de ap

= + =1

[]

(1.10. )

km 0

km 0.2

km 0.4

km 0.6416 izvor km 0.6

0.4+0.1426 0.2+0.16Msurarea i kilometrarea se face pe teren i pe hri la scrile 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000 etc. n funcie de gradul de precizie dorit. Kilometrul "0" se consider intersecia liniei rmului cu linia talvegului. Msurarea pe hri se face cu ajutorul curbimetrului sau a compasului cu deschideri egale.

1.2.2 Coeficientul de sinuozitateAcest coeficient notat Ks reprezint raportul dintre lungimea rului Lr msurat dup toate sinuozitile lui i lungimea dreptei l care unete extremitile.

La msurarea pe hart a lungimilor apar erori datorit faptului c deschiderea compasului influeneaz exactitatea msurtorii. n cazul n care msurtorile se fac cu acelai compas, dar cu dou deschideri diferite se poate folosi urmtoarea relaie pentru calculul lungimii rului:

=

> 1,0

(1.11. )

unde: Lr - lungimea rului; l1 - lungime rezultat din prima msurare; l2 - lungimea rezultat din a doua msurare; d1 - valoarea deschiderii de compas la prima msurare;

= 1 + (1 2 )

2 1

1

(1.12. )

d2 - valoarea deschiderii de compas din a doua msurare; N - scara hrii folosite.

1.2.3 Coeficientul de ramificareAcest coeficient, Kr, reprezint raportul dintre lungimea tuturor ramificaiilor (l1, l2, ,ln) ale unei reele hidrografice, inclusiv cursul principal i lungimea cursului principal i este dat de relaia:

Valorile lui Ks i Kr sunt necesare pentru studii privitoare la evoluia albiei, calculul volumului lucrrilor de dragare, a lucrrilor de regularizare a cursurilor n vederea mririi capacitii de transport a acestora, atenuarea undelor de viitur etc.

=

1 + 2 + + +

(1.13. )

1.2.4 Densitatea reelei hidrograficeO reea hidrografic va colecta un volum de ap mai important cu ct va avea mai multe ramificaii i cu ct acestea vor fi mai lungi. Densitatea reelei se stabilete prin msurtori efectuate pe hart i reprezint raportul dintre lungimea tuturor ramificaiilor, inclusiv lungimea

cursului principal i suprafaa care nscrie reeaua hidrografic respectiv (F). 1.2.5.Profilul longitudinal al reelei hidrografice Profilul longitudinal este o reprezentare grafic a reelei hidrografice n plan vertical, ntocmit dup hri cu curbe de nivel sau pe baza unor msurtori hidro-topografice i exprim succesiunea cotelor terenului de pe fundul vilor. Profilul conine pe abscis lungimea n km, iar pe ordonat altitudinea n metri, a diferitelor puncte caracteristice (figura 1.6).

=

1 + 2 + + + [/2 ]

(1.14. )

H (m)

1000

950 A E (922)922.89

900F (900.49) 857.4

B C DL [km] j=? h/l 0.00 km 0.36 0.11 0.36 0.1827 0.1779 0.099 0.66 0.543 0.6416

850824.9

800784.43

750

Figura 1.6. Schema profilului longitudinal al unuim ru Se remarc faptul c valea de ordinul cel mai mare are cote mai mici dect vile adiacente, ceea ce permite alimetarea gravitaional prin afluul de ap al acestora. Pantele cursurilor de ap cresc de asemenea, o dat cu creterea altitudinilor.

1.3 Concluziin cadrul unui bazin hidrografic are loc un proces complex de transformare a unei pri din precipitaiile atmosferice din cantiti de ap care sunt colectate de ctre reeaua hidrografic. Epura bazinului hidrografic permite determinarea suprafeei de bazin hidrografic aferente oricrui profil de nchidere situat ntre izvor i vrsare, profil n care poate exista un post hidrometric sau se proiecteaz o lucrare hidrotehnic. Lungimea i limea medie a unui bazin hidrografic reprezint dou caracteristici foarte importante a cror cunoatere este necesar la prevederea volumului i amplitudinilor viiturilor;

Amplitudinea i desfurarea viiturilor este influenat i de forma bazinului hidrografic.Patrat reper in teren 1 1 in teren (km ) 0,4868 0,0658 0,1316 0,2632 0,6316 0,3026 0,4868 0,1447 0,6316 0,3026 0,1184 0,4211 2,0395 0,8947 2,93422

Bazin in plan 0,0223 0,7734 Lungimi LAB LBC LCD LEC LFB in teren 2,9342 2,2250 in plan 0,0344 0,0635 0,1251 0,0860 0,0530 in teren (km) 0,0990 0,1827 0,3599 0,2474 0,1525

F [km ] L [km] SuprafeteS FAB D FAB S FBC D FBC

2

in plan 0,0076 0,3476 in plan 0,0037 0,0005 0,0010 0,0020 0,0048 0,0023 0,0037 0,0011 0,0048 0,0023 0,0009 0,0032 0,0155 0,0068 0,0223

FCD FCD

S

D

S FEC D FEC

FEC FFB FFBS D

FFBS Fbazin D Fbazin

Fbazin Latimi medii AB 5,5841 BC 2,1608 CD 2,5958 EC 2,5528 FB 2,7615

Lungime bazin in plan 0,3674 in teren 1,0570

Latime bazin B=F/L B 2,7761

Coeficient de dezvoltare al cumpenei d=Lc/lc 0,3664 Coeficient de dezvoltare al bazinului 2 =F/L 2,6265 Abaterea de la forma circulara =4F/Lc 16,5721 Coeficient de asimetrie al bazinului a=2*(Fs-Fd)/F 0,7803 Arii delimitate de curbe nivel plan teren 0,00000160 0,000210526 0,00001147 0,001509211 0,00002391 0,003146053 0,00003723 0,004898684 0,00007011 0,009225 0,00010595 0,013940789 0,00015054 0,019807895 0,00021414 0,028176316 0,00031944 0,042031579 0,00043891 0,057751316 0,00059656 0,078494737 0,00084607 0,111325000 0,00126277 0,166153947 0,00176780 0,232605263 0,00312042 0,410581579 0,00451430 0,593986842 0,00643694 0,846965789 0,00878874 1,156413158 0,01063393 1,399201316 0,00824665 1,085085526 0,00593439 0,780840789 0,00387998 0,510523684 0,00201364 0,264952632 0,00072189 0,094985526

1260 1240 1220 1200 1180 1160 1140 1120 1100 1080 1060 1040 1020 1000 980 960 940 920 900 880 860 840 820 800

Suprafata intre curbe de nivel f0 (1264 - 1260) f1 (1260 - 1240) f2 (1240 - 1220) f3 (1220 - 1200) f4 (1200 - 1180) f5 (1180 - 1160) f6 (1160 - 1140) f7 (1140 - 1120) f8 (1220 - 1200) f9 (1100 - 1080) f10 (1080 - 1060) f11 (1060 - 1040) f12 (1040 - 1020) f13 (1020 - 1000) f14 (1000 - 980) f15 (980 - 960) f16 (960 - 940) f17 (940 - 920) f18 (920 - 900) f19 (900 - 880) f20 (880 - 860) f21 (860 - 840) f22 (840 - 820) f23 (820 - 800)

in teren 0,00000160 0,0012987 0,0016368 0,0017526 0,0043263 0,0047158 0,0058671 0,0083684 0,0138553 0,0157197 0,0207434 0,0328303 0,0548289 0,0664513 0,1779763 0,1834053 0,2529789 0,3094474 0,2427882 0,3141158 0,3042447 0,2703171 0,2455711 0,1699671

Hmed (fiHi)/F 830,5618 Imed Hlc/F 0,1205

Ltotal

Lp+li 1,0414

Ks=Lr/l 3,1446 Kr=(Lp+li)/Lp 1,6233 Densitatea retelei

l 0,2040

D=(Lp+li)/F 0,3549 Lungimile curbelor de nivel 1260 1240 1220 1200 1180 1160 1140 1120 1100 1080 1060 1040 1020 1000 980 960 940 920 900 880 860 840 820 800 Total

in plan 0,0063022 0,0164097 0,023663 0,0299238 0,040497 0,0498363 0,0591553 0,0708952 0,0854232 0,0997161 0,1129992 0,133802 0,1589834 0,1848415 0,6422723 0,6367278 0,7098014 0,7203135 0,6535153 0,5381256 0,4367834 0,3448632 0,2503077 0,138452

in teren

(km)

0,01813061 0,047208516 0,06807546 0,086086939 0,116504689 0,14337244 0,170182077 0,203956243 0,245751554 0,286870138 0,325083918 0,384931013 0,457374684 0,531765075 1,847733918 1,831783142 2,042006387 2,072248389 1,880078481 1,548117319 1,256568987 0,992126525 0,720102704 0,3983084 17,67436761

Punct A B C D E F

Cota curba nivel inferioara (Cinf) 920 850 820 780 920 900

d1 0,0011 0,0171 0,0147 0,0243 0,0007 0,0006

d 0,0038 0,0231 0,03 0,0548 0,0035 0,0122

e 10 10 10 10 10 10

Cota punct (Ci=Cinf+(d1/d)*e) 922,89 857,40 824,90 784,43 922,00 900,49

Suprafete despadurite 2 Fd [km ] plan 0,00079922 teren 0,105160526

Suprafete impadurite 2 Fp [km ] plan 0,0215 teren 2,8291

Suprafata totala 2 F [km ] teren 2,9342

Coeficient de impadurire Cp=Fp/F 0,964160538

PRECIPITAIILE MEDII PE BAZIN PLOI TORENIALE

2.1 Distribuia spaial a precipitaiilorUna din problemele principale n hidrologie este evaluarea corect a cantitii de precipitaii care este recepionat de un bazin hidrografic ntr-un interval de timp. ntr-un bazin hidrografic pot exista un numr insuficient de posturi pluviometrice sau acestea pot fi situate doar n zonele accesibile ale bazinului. n plus, distribuia precipitaiei pe suprafaa unui bazin este foarte diferit de la o zon la alta. Utilizarea medierii aritmetice n stabilirea cantitii medii de precipitaii czute pe un bazin hidrografic este foarte simpl, dar are o precizie sczut. Rezultate mai bune ne ofer ns, metoda Thiessen i metoda izohietelor.

2.1.1 Metoda poligoanelor ThiessenZonarea bazinului hidrografic se face ducnd mediane de pe dreptele care unesc posturile pluviometrice aflate n bazin sau ntr-unul vecin. Fiecrui post pluviometric I se atribuie astfel o suprafa aferent, determinat prin planimetrare. Dac F este suprafaa bazinului hidrografic, fiecare post pluviometric i cruia i se atribuie suprafaa Fi, va fi un coeficient de pierdere Ci = Fi / F. Ploaia medie pe bazin va fi egal cu suma ploilor pariale. Pmed = CiPi (2.1) Tabelul 2.1. Calculul precipitaiilor medii anuale pe bazin prin metoda poligoanelor Thiessen Staia Suprafaa Coeficientul Ploaia parial Ploile pluviometric Fi [km2] Thiessen nregistrate Gi*Pi Ci=Fi/F la postul i [mm] Pi [mm] A 40,8 0,258 780 201,24 B 33,5 0,212 740 156,88

C D E F Total

9,7 10,6 35,0 28,36

0,062 0,067 0,221 0,180

690 820 880 790

42,78 54,94 194,48 142,20

Pentru bazinul hidrografic din figura 1.1 - aplicaia 1, cu suprafaa F = 28.2 km2 s-au determinat poligoanele Thiessen aferente posturilor pluviometrice A, B, C, D, E, F cu suprafeele pariale date n tabelul 2.1.(fig.2.1).

2.1.2. Metoda izohietelorO izohiet este locul geometric al punctelor pe care cade aceeai cantitate de precipitaii, ntr-o perioad dat. Desenarea izohietelor pe un bazin hidrografic se face n funcie de topografia terenului i de numrul de staii pluviometrice existente n bazin (fig.2.2). Pentru obinerea ploii medii pe bazin se efectueaz msurarea pe un plan a suprafeelor situate ntre dou curbe izohiete vecine. Calculul urmeaz etapele urmtoare: se raporteaz suprafeele pariale cuprinse ntre dou izohiete la suprafaa total a bazinului, rezultnd un coeficient de pondere Ci; precipitaia aferent acelei suprafee se obine prin medierea valorilor de pe izohietele vecine Pi; ploaia medie pe bazin va fi suma ploilor pariale Ci * Pi. Tabelul 2.2. Calculul precipitaiilor medii anuale pe bazin prin metoda izohietelor Suprafaa Coeficient de Ploaia parial nlimea ploii Fi pondere [mm] Ci*Pi [km2] Ci=Fi/F [mm] [mm] 850-900 26,1 0,168 875 147,000 800-850 28 0,179 825 147,675 750-800 48,5 0,309 775 239,475 700-750 36,4 0,233 725 168,925 650-700 11,90 0,077 675 51,975 600-650 5,06 0,034 625 20,000

Total unde Pk este precipitaia coresunztoare curbei izohiete k.

Figura 2.2. Bazinul hidrografic cu trasarea curbelor izohiete Rezultatele obtinute prin cele trei metode sunt redate in tabelul 2.3. Tabelul 2.3. Precipitaiile medii anuale pe bazin Media aritmetic Metoda Thiessen

Metoda izohietelor

2.2.Validarea datelor cu distribuie spaial

Valorile colectate prin diferite metode sunt centralizate n buletine de ctre observatori de la staiile pluviometrice sau sunt stocate n bazele de date. Rolul acestor date este de a fi folosite pentrui calcule statistice. Totui, nainte de efectuarea unor calcule statistice trebuie fcut o validare a datelor.Populaiile statistice utilizate pot avea caracter omogen sau neomogen. Cauzele neomogenitii datelor analizate pot fi datorate: modificrii aparaturii de nregistrare; modificarea amplasamentului aparaturii; erorile de aparataj neobservate timp de mai muli ani; erorile de citire datorate observrilor etc.

2.2.1 Validarea nregistrrilor privind precipitaiilen cazul precipitaiilor, cea mai frecvent validare este efectuat pentru totalurile anuale. Metoda folosit este cea de cumulare a totalurilor i de comparare a rezultatelor la dou posturi pluviometrice. Reprezentarea grafic d posibilitatea trasrii unei drepte de regresie, o modificare a pantei acesteia sugerndu-ne faptul c se nregistreaz o neomogenitate n seria analizat.

2.2.2 Exemplu de calculLa posturile pluviometrice A, B i C situate n bazinul hidrografic din figura 2.1 s-au nregistrat, n 19 ani, cantitile anuale d precipitaii prezente n tabelul 2.4. Rezultatele cumulrii acestor cantiti de precipitaii, la fiecare post pluviometric, se reprezint grafic, dou cte dou, dup care se traseaz dreapta de regresie, care va reprezenta o anumit pant.

Tabelul 2.4. Valorile precipitaiilor anuale i a precipitaiilor cumulate la posturile pluviometrice Anul Procentul Precipitai Postul Precipitai Postul Precipitai pluviometri i cumulate pluviometri i cumulate pluviometri i cumulate c la postul A c la postul B c la postul C A [mm] B [mm] C [mm] [mm] [mm] [mm] 1 2 3 4 5 6 7 197 760 760 560 560 800 800 9 198 700 1460 580 1140 890 1690 0 1981 800 2260 600 1740 850 2540 198 780 3040 660 2400 820 3360 2 198 750 3790 970 3370 880 4240 3 198 700 4490 700 4070 800 5040 4 198 650 5140 680 4750 830 5870 5 198 760 5900 650 5400 840 6710 6 198 810 6710 640 6040 820 7530 7 198 800 7310 630 6670 860 8390 8 198 770 8080 650 7320 900 9290 9 199 780 8860 670 7990 910 10200 0 1991 920 10680 700 8690 600 10800 199 890 11470 680 9370 750 11550 2

199 3 199 4 199 5 199 6 199 7

960 1000 1080 990 1110

12330 13230 14210 15100 16110

590 610 620 640 630

9960 10570 11190 11830 12460

780 800 820 820 1300

12330 13130 13950 14770 15350

a) Posturile pluviometrice A i B

Figura. 2.3. Graficul corelaiei precipitaiilor anuale la posturile A i B. Din graficul de mai sus se pot trage urmtoarele concluzii: ntre anii 1990 - 1991 drepta de regresie se deplaseaz spre valori superioare, modificndu-i panta; se obin dou serii neomogene (1979 - 1990 i 1990 - 1997); valorile ncercuite se abat din tendina general putnd fi considerate valori excepionale.

b) Posturile pluviometrice B i C

Din graficul de mai sus se poate concluziona c seria este omogen, dreapta de regresie avnd aproximativ aceeai pant. c) Posturile pluviometrice B i C

Concluziile care se pot trage sunt asemntoare primei situaii. Deplasarea dreptei de regresie se realizeaz n cazul postului pluviometric A datorit uneia dintre cauzele urmtoare: modificarea aparatului de nregistrare, modificarea amplasamentului, modificrile condiiilor climatice etc.

2.3.Ploi toreniale. Curb de cdere a ploii cu probabilitatea de calcul H = f (T). Stratul de scurgere de pe suprafaa unui bazin hidrografic

2.3.1 Ploi torenialeDebitul de calcul al viiturii n reeaua de scurgere a unui bazin hidrografic necesar pentru dimensionarea lucrrilor hidrotehnice n funcie de clasa lor de importan este dat de ploaia torenial cu probabilitatea de calcul. Ploile toreniale sunt ploi foarte puternice, de origine ciclonic n marea lor majoritate, cu o durat mai mic de 24 de ore. O ploaie este considerat torenial dac, pentru anumite durate, depete urmtoarele valori ale nlimii, recomndate de Berg (tabelul 2.5). T(min) H(mm) 5 2.5 15 4.5 30 7.1 45 10.3 60 12.0 120 16.0 240 26.5 360 32.5 720 43.2 1440 57.6

Ploile toreniale au dou particulariti: cu ct durata ploii este mai mare, cu att intensitatea este mai redus; ploile toreniale de mare intensitate nu acoper dect o suprafa foarte redus a bazinului de recepie, cel mult de ordinul zecilor de km2. O caracteristic util a ploilor toreniale este intensitatea: i = H / T (mm / min) unde: H - nlimea precipitaiilor (mm); T - durata precipitaiilor (min).

(2.2)

2.3.2 ntocmirea curbei de cdere a ploii cu probabilitatea de calculiCurbele intensitate - durat - frecven (I - D - F) exprim legtura dintre intensitatea i durata ploilor toreniale, corespunztoare unei frcvene constante. Frecvena este dat de formula: f=n/t (2.3) unde: n - numrul de ploi nregistrate cu aceeai intensitate i durat; t - perioada de nregistrare (ani). Pentru Romnia au fost stabilite relaiile dintre intensitile ploilor maxime cu durata de 5 - 1440 minute, care sunt reprezentate n diagramele din figurile 2.7 i 2.8, pentru urmtoarele frecvene: 1 /20, 1/ 10, 1 / 5, 1 / 3, 1/ 2, 1 / 1, 2 / 1.

Fig.2.7. Diagrama pentru calculul intensitii ploii n zona 1

Fig.2.8. Diagrama pentru calculul intensitii ploii n zona 2

Aceste diagrame se aplic pe zone delimitate conform hrii din figura 2.6.

2.3.3 Determinarea stratului de scurgere de pe suprafaa unui bazin hidrografici

Determinarea stratului de scurgere const n scderea stratului de pierdere din stratul de precipitaii czute pe bazin. Pierderile sunt de mai multe categorii: pierderi datorate reinerii apei n micile depresiuni de pe suprafaa versanilor, n iarb i n coroanele arborilor notate cu z; acestea sunt considerate ca depinznd puin de durata i intensitatea ploilor i de aceea se consider aproximativ constante, avnd valorile medii date n tabelul 2.6. Natura acoperirii terenului Asfalt Pavaj cu piatr Fnea, arturi Pdure cu fnea Pdure mare i soluri acoperite cu muchi z (mm) 2 6 10 15 20

pierderi datorate infiltrrii apei n sol, care depind de permeabilitatea i structura terenului, gradul de umiditate al acestuia, durata i intensitatea ploii. Dependena stratului de infiltraie, funcie de timp i de natura terenului se poate determina orientativ din curbele din figura 2.26

pierderi prin evaporaie care pot fi neglijate deoarece timpul de producere a scurgerii viiturii n cazul ploilor toreniale este relativ scurt.

Reunind ntr-un sistem de axe de coordonate de cdere a ploii, curba de infiltraie i pierderile z, se poate determina stratul de scurgere pe cale grafic (figura.2.27.).

Urmrind graficul de mai sus se constat c scurgerea nu ncepe o dat cu cderea ploii ci numai dup un interval de timp corespunztor momentului n care intensitatea pierderilor devine egal cu intensitatea ploii (punctul C). Dac se dorete determinarea scurgerii la un moment oarecare t grosimea acestui strat va fi: h = H - unde: H - coordonata curbei de cdere a ploii; = hI + z - reprezint ordonata pierderilor. (2.4)

Cunoaterea stratului de scurgere de pe un bazin hidrografic servete la calculul debitului maxim al scurgerii din bazin.

2.4 Exemple de calculPentru bazinul hidrografic Bahlui, Iai, se utilizeaz harta cu delimitarea zonelor (figura 2.6.) i se constat c bazinul hidrografic Bahlui face parte din zona 3. Folosind diagramele stabilite pentru aceast zon se extrag intensitile (mm / min) corespunztoare timpilor de 10, 20, ., 100 minute pentru frecvena 1 /10. innd seama de relaia H = i * T rezult nlimile precipitaiilor corespunztoare timpilor respectivi (tabelul 2.7).

T (min) H(mm)

10 19

20 28

30 35.4

40 40.8

50 44

60 46.2

70 49

80 50

90 51.6

100 53

n continuare se urmrete s se determine, utiliznd metoda celor mai mici ptrate un polinom de aproximare de gradul trei pentru curba ploii de calcul. Polinomul de aproximare va fi: H(t) = a1t + a3t2 + a4t3 (2.5)

Rezult un sistem de 4 ecuaii cu patru necunoscute reprezentnd coeficienii a1, a'2, a3 i a4 din dezvoltarea H(t). Matriceal, sistemul se scrie:

sau:

n urma rezolvrii sistemului se obin soluiile: a1 = 0.717476 a2 = 0.131897 a3 = - 0.0145681 a4 = - 0.0000597324 Polinomul de aproximare va fi: H(t) = 7.17476 t + 0.0146681 t2 + 0.597324 * 10-4 t3 n figura 2.28 s-au reprezentat grafic funcia H(t) i valorile din tabelul 2.7.

Figura 2.28. Curba ploii de calcul Pentru determinarea stratului de scurgere se reunesc pe acelai grafic curba de cdere a ploii de calcul; curba de infiltraie: pierderile z. Din tabelul 2.6 rezult z = 10 mm pentru fnee i arturi Din figura 2.26 se extrage curba de infiltraie pentru terenuri nisipo-argiloase i cernoziomuri cu structur bun. Valorile stratului de scurgere corespund timpilor 10, 20, , 100 min extrase din figura 2.29 i sunt redate n tabelul 2.8.

2.5 ConcluziiEvaluarea corect a cantitilor de precipitaii este important pentru determinarea debitelor maxime cu anumite probabiliti de depire; nregistrarea cantitilor de precipitaii n buletinele staiilor pluviometrice i funcionarea aparaturii de nregistrare i colectare a precipitaiilor sunt adesea afectate de erori. De aceea, este necesar o verificare i o validare a valorilor nregistrate nainte de utilizarea lor n proiectarea diferitelor lucrri hidrotehnice. Calculele privind ploile toreniale abordate n aceast lucrare au o importan mare, fiind utilizate la: lucrrile de canalizare pentru evacuarea apelor meteorice din localiti i din incinte; lucrri de colectare i transport a apelor de pe terenuri nalte; lucrri de regularizare a scurgerilor de pe versani i de desecare; lucrri de regularizare a albiilor i de traversare a cursurilor de ap; studii de sistematizare urban sau teritorial.

Densitatea zapezii (dz) 0,4

Strat zapada hz (mm) hzp hzd 600 400

Echivalentul de apa din stratul de zapadamm hap had 240 160

25,03 Mp Md Tm C Te Co o

Factorul grad-zi in mm/ C 26,03 1 3,2 12 0 Cedarea din stratul de zapada

o

27,03 1 3,4 14 0

1 2,8 10 0

haz=[1,1*ki*Cp+1,52*kv*(1+0,3w)+0,0125hp]*(Tm-Te)+1,5 hazp 17,8176 hazd ziua 49,128 26,03 26,03 zona impadurita Cp kv ki w hp 1 0,2 0,06 4 50 zona despadurita 0 1 0,06 4 50

Echivalentul in apa al stratului de zapada hap had 27,03 212,1824 82,872

Mp Ziua 25,03 26,03 27,03 (mm/ C) 1 1 1o

Md (mm/ C) 2,8 3,2 3,4 240,00 230,00 212,18o

hap (mm)

had (mm) 160,00 132,00 82,87

hazp (mm) 10,00 17,82 14,00

hazd (mm) 28,00 49,13 47,60

Cantitatea totala de apa provenita din topirea stratului de zapada in perioada 2527.03 hazp 41,82 hazd 124,73

Volumul total de apa V scurs din bazin V=hazp*Fp+hazd*Fd [mc] 357259

Modul de reprezentare al nivelurilor

Nivelurile cursurilor de ap msurate prin mire hidrometrice simple sunt nscrise n formulare-tip, iar cele provenite din limnigrafe sunt redate prin reprezentri grafice la scri de la 1:5 la 1:20 numite limnigrafe (variaia nivelurilor n perioade de o zi, o sptmn sau o jumtate de lun). Aceste date sunt publicate n periodice hidrologice editate la Institutul de meteorologie cares tau la baza stabilirii regimului apelor dintr-un ru, necesit ntocmirea unor curbe i grafice ce sunt prezentate n continuare.

3.1 Hidrograful nivelurilorPrin hidrograful nivelurilor se nelege reprezentarea grafic n ordine cronologic a nivelurilor msurate la un post hidrometric, de-a lungul unui interval de timp (o lun, mai multe luni, un an, mai muli ani). Pentru exemplificare se prezint modul de ntocmire a hidrografului nivelurilor dintr-un an oarecare. Din anuarul hidrologic au fost extrase pentru rul Bahlui, postul Iai, nivelurile nscrise n tabelul 3.1. Nivelurile nregistrate s-au reprezentat grafic ntr-un sistem de axe rectangular, prin punctele de coordonate (Ti,Hi). Prin unirea acestor puncte s-a obinut hidrograful. Pentru uurarea construirii grafului redat n figura 3.1. pe ordonate s-au reprezentat nivelurile medii lunare, iar pe abcis timpul n luni. n vederea creterii gradului de precizie se recomand reprezentarea cronologic a nivelurilor medii zilnice.

3.2 Graficul de frecven i curba de durat a nivelurilorPentru construirea graficului de frecven i a curbei de durat, se procedeaz astfel: a) se mparte amplitudinea maxim a nivelurilor din perioada analizat n intervale a cror mrime se alege convenional (se recomand 2-20 cm);

b) se determin numrul de zile n care nivelurile s-au meninut n limitele fiecrui interval (frecvena), precum i numrul de zile n care nivelurile au nregistrat valori superioare (durata). Calculul frecvenelor i a duratelor se poate efectua tabelar sau prin procedeul grafic. Folosind nivelurile medii zilnice din tabelul 3.1., se redau frecvenele i duratele dup formatul de calcul prezentat n tabelul 3.2.a. Aceleai rezultate se obin rin procedeul grafic, pe baza hidrografului nivelurilor (nivelurile medii zilnice din anul respectiv). n continuare, pentru uurarea reprezentrilor grafice se red modul de ntocmire a graficului de frecven (figura 3.2.a) i a curbei de durat (figura 3.2.b), folosindu-se hidrograful nivelurilor medii lunare (precizia este mai sczut fa de cazul n care s-ar fi folosit hidrograful nivelurilor medii zilnice).

3.3 Concluziia)Din analiza hidrografelor nivelurilor la diferite cursuri de ap se observ gradul de neregularitate al nivelului de la an la altul ct i de la un anotimp la altul. b) Pentru fiecare an se constat o perioad de niveluri mari (martie-iunie) i una sau dou de niveluri mici (vara i iarna). Hidrograful nivelului trasat numai pentru perioada de niveluri mari se numete i hidrograf de viitur. c) Principalele valori extreme ale nivelurilor sunt: nivelul maxim annual, minim annual, maxim multianual i minim multianual. Valoarea medie este dat de nivelul mediu anual sau nivelul mediu multianual, calculate ca medii aritmetice. d) Valorile caracteristice anuale ale nivelurilor pentru un numr suficient de an (peste 20 ani) formeaz iruri statistice care constituie baza de calcul a valorilor asigurate i a generrii de noi valori, necesare n dimensiunea construciilor hidrotehnice. e) Din graful de frecven rezult numrul de zile dintr-o perioad analizat n care s-a observat o anumit mrime a nivelului, sau n care aceasta s-a meninut ntr-un anumit interval, iar din curba de durat rezult numrul de zile n care nivelul a fost egalat sau depit. Cnd valorile obinute cu ajutorul acestor reprezentri grafice sunt valori asigurate, ele sunt utile n probleme de combatere a inundaiilor, pentru organizarea navizaiei etc.

NR. DATA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 MED MAX DATA MIN DATA MED.AN

20 I 135 137 135 131 130 130 130 130 130 130 131 131 132 132 132 133 134 134 135 135 135 133 132 131 132 133 134 135 136 136 136 133 138 2 130 4 141 180 6 130 21 132 II 135 136 136 141 165 173 167 163 150 143 136 132 132 131 131 132 133 134 136 135 132 131 132 137 141 136 141 148 150

RAUL: III 147 140 141 140 135 132 133 139 141 142 139 139 137 144 145 138 140 148 143 138 134 135 133 133 133 132 134 136 136 133 132 138 150 1 130 5

BAHLUETIV 132 132 132 132 132 131 131 132 132 133 133 133 139 145 135 133 132 132 132 132 130 130 131 132 132 131 131 131 131 130 132 151 14 130 6 MAX.AN V 129 128 129 130 130 131 134 134 130 129 130 129 130 131 133 131 131 133 131 131 130 131 132 134 133 131 129 129 129 131 131 131 136 24 128 1 188 / 19.VII 128 133 8 124 3 VI 130 126 124 126 130 132 132 132 131 127 125 125 129 132 130 127 126 127 127 127 130 127 128 128 128 126 125 125 124 124

S.H.: VII 124 124 127 129 125 124 124 124 126 125 129 134 136 141 134 131 129 128 139 139 127 126 128 131 131 129 127 126 125 126 136 129 188 19 122 5

TG. FRUMOSVIII 135 130 129 131 135 133 132 131 131 130 128 126 126 125 125 126 124 122 123 123 121 123 125 124 123 123 127 131 129 127 124 127 137 5 120 18 127 133 25 122 4 MIN.AN IX 125 125 125 123 123 124 125 125 126 126 125 124 124 125 124 125 130 129 128 128 128 128 128 129 132 132 130 130 130 132 X 130 128 128 129 129 128 128 128 128 128 135 132 128 129 129 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 136 11 128 2 120 / 18.VIII 132 146 15 130 1 XI 130 130 130 130 130 130 130 130 131 132 132 132 132 133 143 139 133 132 132 131 130 130 131 132 131 131 132 132 132 132 XII 132 132 132 132 132 131 131 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 133 132 132 132 129 128 129 130 131 132 132 132 132 131 134 19 128 23

110 0 I F D II F D III F D IV F D V F D VI F D VII F D VIII F D IX F D X F D XI F D XII F D Anual F D 0 31 0 0 29 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 366

119

119 0 0 31 0 0 29 0 0 31 0 0 30 0 8 23 0 21 9 0 21 10 0 21 10 0 23 7 0 12 19 0 0 30 0 3 28 109 257

129

129 0 31 0 0 18 11 0 20 11 0 29 1 8 23 0 21 9 0 21 9 1 21 10 0 23 7 0 12 19 0 0 29 1 3 28 0 232 25

139

139 31 0 0 18 5 6 20 11 0 29 1 0 31 0 0 30 0 0 30 1 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 29 1 0 31 0 0 19 6

149

149 31 0 0 23 2 4 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 2 4

159

159 31 0 0 25 3 1 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 3 1

169

169 31 0 0 28 1 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 1 0

179

179 31 0 0 29 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 30 0 0 31 0 0 0 0

190 31

29

31

30

31

30

31

31

30

31

30

31 366

I I II III IV V VI

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Hidrograful anual al nivelurilor medii lunare pentru anul 2004, raul Bahluet, S.H. Targu-Frumos

Graficul de frecventa pentru nivelurile medii lunare

I VI VII VIII IX X XI XII

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

I

II

III

IV

V

Graficul de durata pentru nivelurile medii lunare

Hidrograful anual al nivelurilor medii lunare pentru anul 2004, raul Bahluet, S.H. Targu-Frumos

Modul de reprezentare al debitelor lichide

Debitele de ap medii zilnice, medii lunare i anuale, debitele maxime i minime lunare i anuale, obinute prin msurtori efectuate la posturile hidrometrice ale cursurilor de ap, sunt publicate sub forma unor tabele n periodice hidrologice editate de Institutul de meteorologice i hidrologice. Pentru caracterizarea regimului hidrologic al cursurilor de ap i pentru multiple determinri din domeniul gospodririi apelor (exemplu: folosirea capacitii lacurilor de acumulare) este necesar ca datele hidrometrice, privind aceste debite lichide, s fie prezentate deseori sub forma unor curbe ce vor trebui elaborate n funcie de problemele care urmeaz a fi rezolvate.

4.1 Hidrograful debitelorPrin hidrograful debitelor (Q(t)) se nelege o reprezentare grafic corespondent hidrografului de nivel, care reprezint veriaia debitului n ordine cronologic, la un post hidrometric al unui curs de ap. Intervalele cronologice folosite la ntocmirea hidrografelor de debite, depind de gradul de precizie urmrit. Pentru hidrografe din perioada apelor mari, intervalele pot fi de la o or pn la o zi, pentru hidrografe anuale de l sptmn pn la o lun etc. Valoarea debitului pentru fiecare interval este media debitelor nregistrate n intervalul considerat. n continuare se prezint un exemplu de ntocmire a hidrografului debitelor pe o perioad de un an. n tabelul 4.1. sunt redate debitele extrase din anuarul hidrologic pe un an oarecare, pentru rul Bahlui, postul Iai. n figura 4.1, se red hidrograful annual al rului Bahlui la Iai cu intervalul cronologic lunar.

4.2 Curba integral a debitelor afluenteAceast curb reprezint creterea n raport cu timpul a volumelor de ap afluente care trec ptintr-un profil al unui curs de ap, volume obinute prin nsumarea n timp a debitelor hidrografului respectiv. Curba integral a debitelor se poate exprima analic prin relaia: Vt = toQ dt (4.1.) unde: Vt = volumul afluent care a trecut prin profilul studiat din momentul considerat pn la timpul t. Volumul total scurs pn la finele duratei T (durata hidragrfului debitelor) se obine n mod analog i anume:

Vt = Qdt = Q T0

T

unde:

(4.2)

volumelor pariale (ecuaia integral transcris n diferene finite cu pasul ( t). Deci se poate scrie

Q = debitul afluent mediu pe durata T. Calculul volumului afluent se poate efectua i prin metoda aproximativ de totalizare, mprind perioada de timp (T) n intervale egale ( t), pentru fiecare interval stabilindu-se debitul mediu afluent ( Qi ) i nlocuind integrala prin suma

VT = Q t = Vii =1 i =1

n

n

Qi = debitele afluente medii corespunztoare intervalelor i; t = durata unui interval; n = numrul total de intervale n care a fost mprit durata T; Vi = volumele pariale corespunztoare intervalelor i. Intervalul t are o durat aleas n funcie de gradul de exactitate al calculului dorit, precum i de perioada de timp n care se modific debitul cursului de ap. n cazul debitelor aproximativ constante, pentru perioade lungi t poate fi mai mare. Intervalul t se poate admite de 1-10 zile. Pentru exemplificare se prezint n continuare modul de ntocmire a curbei integrale a debitelor afluente pe o perioad de un an, pentru rul Bahlui, postul Iai.

unde

(4.3.)

Rezultatele obinute sunt reprezentate sub forma curbei OBFEA, care este curba integral a debitelor afluente pe timp de un an (figura 4.2). Ordonata punctului final A al curbei integrale reprezint volumul total annual VT (m3). Prin mprirea acestui volum cu numrul de secunde dintr-un an, rezult valoarea debitului mediu annual:

Q= Q=

VT T

(4.4) Dac unim originea coordonatelor cu punctul A, rezult dreapta OA care se face un unghi 0 cu abcisa. Se observ c: (4.5) unde m este un coeficient de transformare a dimensiunilor care ine seama de scara aleas pentru VT i T. Pentru un moment oarecare t1, mrimea debitului se poate exprima prin:

m tg 0 =

VT =Q T

dv = m tg1 dtunde:

(4.6)

1 este unghiul de nclinare fa de orizontal al tangentei geometrice duse n punctul (G) de pe curba integral, corespunztor duratei t1. Pentru stabilirea debitelor afluente n orice moment cu ajutorul curbei integrale se folosete scara radial a debitelor care se ntocmete astfel: Se traseaz o vertical printr-un punct oarecare C de pe abscis (cu ct dorim o reprezentare grafic mai clar cu att punctul C se ia mai deprtat de origine). Aceast vertical intersecteaz dreapta OA n punctul D i rezult segmentul CD. n funcie de mrime alui Q se mparte verticala n intervale egale prin intermediul unor puncte care unite cu originea dau curbele integrale ale debitelor medii de valori rotunjite (0,1 m3/s 0,8 m3/s). A rezultat astfel scara radial a debitelor. Pentru stabilirea debitului afluent Q1 ntr-un moment oarecare t1, se traseaz tangenta geometric n punctul G al curbei integrale corespunztor

abscisei t1 i se duce o dreapt paralel la aceast tangent prin originea sistemului de coordonate, obinnd la intersecia ei pe scara radial mrimea debitului afluent cutat (0,75 m3/s). Curba integral a debitelor afluente poate fi folosit i n calculul regularizrii debitului prin acumulri. Pentru a avea un debit defluent Q constant n tot timpul anului, curba integral a debitului defluent va fi chiar dreapta OA, pentru c n orice moment vom avea Q = mtg 0. Diferena ordonatelor dintre curba integral a debitului afluent i curba integral a debitului defluent va reprezenta ntr-un moment dat volumul apei reinut n lac dac diferena este pozitiv. Dac diferena este zero, adic afluenta este egal cu defluenta inseamn c n lac nu vor avea loc variaii de nivel. Cnd diferena este negativ, deci afluena mai mic dect defluena, atunci pentru satisfacerea defluenei trebuie s se goleasc lacul sub nivelul iniial, din rezerva acumulat pn la nceputul anului. Diferenele ordonatelor din cele dou curbe integrale, permit stabilirea n orice moment a volumului apei din bazinul de acumulare i n cazul existenei n aceasta a unui volum iniial, fcnd apel la curba caracteristic a acumulrii W = f(h) (variaia volumului acumulrii funcie de nlime), se poate ntocmi graficul de variaie al nivelului apei n lac, n decursul perioadei perioadei de calcul. Dac trasm o tangent n partea superioar (prin punctul E) i alta n partea inferioar (prin punctul F) la curba integral a afluenei, tangente paralele cu dreapta OA (curba integral a defluenei), diferena de ordonate ntre aceste paralele reprezint tocmai volumul de ap din lac (W) necesar pentru a avea un debit defluent constant, egal cu Q. Folosirea curbei integrale a debitelor afluente n sistemul de coordonate rectangulare, este indicat numai pentru studiul acumulrilor cu regularizare anual. n cazul regularizrilor multianuale, sistemul de axe rectangular nu mai este comod i precis i ca urmare se face apel la sistemul de coordonate cu axe oblice care permite executerea curbei integrale la scar mare pentru volume i pentru un numr mare de ani. Pentru ntocmirea aceleiai curbe integrale din figura 6.2, n sistemul de coordonate oblice, se procedeaz astfel (figura 4.3). Se rotete axa absciselor (axa timpului) n jurul punctului O n sensul acelor de ceasornic, pn cnd dreapte OA devine orizontal, pstrnd axa volumelor vertical i unghiului 0 constant. Rezult astfel axa timpilor fictivi Ot0 care pentru o valoare rotunjit a debitului Q coincide cu noua poziie a dreptei OA.

Dac Q nu are valoarea rtunjit, se rotete pe puin, dreapta OA mai sus sau mai jos de orizontal, pn cnd axa Ot0 care corespunde unui debit de valoare rotunjit devine orizontal (cazul din figura 4.3). n sistemul de coordonate oblic, coordonatele unui punct oarecare M se determin astfel: abscisa pe paralela la axa volumelor, iar ordonata pe paralela la axa timpilor reali, n punctul de intersecie M. Justificarea acestui sistem de coordonate oblic const n faptul c prin trasarea curbei integrale a afluenei se urmresc numai abaterile acestei curbe de la linia debitului mediu, abateri ce pot fi cuprinse pe plane n toat lungimea lor. Scara radial a debitelor n sistemul de coordonate oblic se ntocmete dup aceleai principii ca la sistemul rectangular. Se consider axa timpilor reali ca axa debitelor nule, iar axa timpilor fictivi ca linia debitului de o valoare constant rotunjit, cunoscut. Pentru comoditatea citirii aceast scar poate fi construit i n afara figurei cu curba integral, cum s-a procedat n cazul tratat (figura 4.4) Construirea i utilizarea curbei integrale a debitelor afluente n sistemul de coordonate oblic se poate aplica i la studiul regularizrii anuale a debitelor. Modul de lucru nu este prezentat deoarece depete cadrul acestei lucrri.

4.3 Concluziia) Hidrograful debitelor lichide msurate ntr-o seciune a unui curs de ap are o importan fundamental fiindc constituie reperul comparaiei dintre realitate i modelarea hidrologic teoretic. b) Hidrograful debitelor pune n eviden anumite mrimi caracteristice de-a lungul perioadei de timp pentru care a fost ntocmit. De exemplu un hidrograf anual permite s determinm urmtoarele debite caracteristice: debitul maxim anual (Qmed) i debitul minim anual cu care se pot forma iruri statistice ce stau la baza calculului debitelor asigurate. c) Curbele integrale ale debitelor afluente, trasate n sistemul de axe rectangular sau oblic, prezint o importan practic deosebit, servind la stabilirea debitelor afluente n orice moment, precum i la studiul regularizrii debitelor prin acumulri. d) Studiu regularizrii anuale a debitelor se poate efectua cu ajutorul curbei integrale att n sistemul de axe rectangular ct i oblic, pe cnd studiul regularizrii multianuale a debitelor numia cu ajutorul curbei integrale n sistemul de coordonate oblic.

e) Pentru uurarea folosirii curbelor integrale ale debitelor dim ambele sisteme de coordonate, se stabilesc scrile radiale respective.NR. DATA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 MED m r MAX m r DATA m r MIN m r DATA m r MED.AN m r 0,218 MAX.AN m r 87.8 / 20.VIII MIN.AN m r 0.019 / 6.VII 18 6 21 7 30 30 6 1 13 7 1 30 0,054 0,054 0,053 0,053 0,034 0,034 0,019 0,032 0,020 0,048 0,062 0,074 5 23 9 29 7 9 14 20 20 10 26 31 20 I II RAUL: III

BAHLUETIV V VI

S.H.: VII

TG. FRUMOSVIII IX X XI XII

0,088 0,088 0,088 0,088 0,123 0,109 0,106 0,106 0,096 0,071 0,070 0,070 0,079 0,088 0,088 0,088 0,078 0,056 0,070 0,087 0,088 0,088 0,087 0,070 0,063 0,070 0,062 0,062 0,078 0,080 0,088 0,083 2,655 0,150

0,079 0,070 0,070 0,070 0,069 0,055 0,054 0,054 0,054 0,054 0,054 0,062 0,079 0,088 0,097 0,096 0,116 0,203 0,281 0,281 0,235 0,211 1,99 3,78 0,478 0,293 0,163 0,085 0,000 0,000 0,000 0,297

0,070 0,065 0,070 0,079 0,088 0,155 0,143 0,112 0,122 0,093 0,066 0,065 0,108 0,092 0,108 0,114 0,126 0,108 0,089 0,071 0,053 0,053 0,054 0,055 0,056 0,056 0,057 0,058 0,059 0,059 0,060 0,083

0,059 0,058 0,057 0,056 0,055 0,054 0,053 0,054 0,055 0,056 0,057 0,058 0,059 0,060 0,060 0,060 0,060 0,060 0,060 0,062 0,064 0,066 0,068 0,070 0,072 0,064 0,067 0,073 0,587 0,400 0,000 0,087

0,124 0,078 0,076 0,076 0,076 0,074 1,181 0,938 0,282 0,178 0,167 0,175 0,116 0,078 0,076 0,070 0,064 0,058 0,054 0,054 0,054 0,055 0,069 0,224 0,395 0,059 0,049 0,044 0,049 0,044 0,034 0,164

0,035 0,043 0,040 0,043 0,045 0,058 0,054 0,050 0,287 0,107 0,089 0,072 0,055 0,037 0,038 0,039 0,040 0,040 0,041 0,042 0,043 0,042 0,041 0,041 0,040 0,039 0,038 0,037 0,036 0,034 0,000 0,053

0,031 0,029 0,026 0,024 0,021 0,019 0,029 0,039 0,049 0,060 0,070 0,080 0,090 0,100 0,089 0,077 0,066 0,054 0,043 0,031 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 0,022 0,025 0,027 0,030 0,041

0,032 0,035 0,037 0,040 0,042 0,045 0,045 0,045 0,045 0,046 0,046 0,046 0,046 0,046 0,044 0,044 0,045 3,52 17,9 23,4 0,528 0,242 0,195 0,204 0,136 0,082 0,064 0,057 0,056 0,063 0,056 1,523

0,051 0,056 0,056 0,056 0,050 0,044 0,043 0,034 0,034 0,034 0,039 0,038 0,023 0,030 0,039 0,049 0,045 0,044 0,059 0,104 0,088 0,085 0,083 0,081 0,078 0,076 0,074 0,071 0,069 0,067 0,000 0,055

0,064 0,061 0,059 0,056 0,053 0,051 0,048 0,056 0,064 0,072 0,071 0,070 0,068 0,067 0,066 0,065 0,064 0,062 0,061 0,060 0,059 0,059 0,058 0,058 0,058 0,058 0,059 0,059 0,060 0,061 0,062 0,061

0,062 0,063 0,064 0,065 0,065 0,066 0,067 0,094 0,090 0,085 0,081 0,077 0,072 0,068 0,071 0,074 0,078 0,081 0,084 0,087 0,091 0,093 0,096 0,099 0,102 0,104 0,102 0,100 0,099 0,097 0,000 0,080

0,095 0,093 0,091 0,089 0,087 0,085 0,085 0,086 0,086 0,086 0,086 0,086 0,087 0,087 0,086 0,084 0,083 0,082 0,081 0,080 0,078 0,078 0,078 0,077 0,077 0,076 0,076 0,075 0,075 0,074 0,114 0,084

8,64

0,188

1,14

3,54

0,512

0,100

87,8

0,116

0,072

0,104

0,114

RELAIA DEBIT-NIVEL (Q = f(H))ntr-o seciune de scurgere a unui curs de ap, in mod obinuit, exist o legtur direct ntre niveluri i debite (odat cu creterea nivelurilor cresc i debitele i invers), denumit n hidrilogie: curba debitelor, cheia debitelor sau cheia limnimetric. 5.1 Determinarea curbei debitelor Pentru stabilirea acestei curbe este necesar s se fac o serie de msurtori de debite la diferite niveluri n acelai profil transversal al unui ru. n practica hidrologic msurtorile de debite i de nivele se fac sistematic, de ctre personalul staiilor hidrologice, la posturile hidrometrice. Avnd un numr suficient de debite msurate la diferite niveluri, curba debitelor se poate determina pe cale grafic sau pe cale analitic. Procedeul grafic const n reprezentarea punctelor de coordonate (Hi, Qi) ntr-un sistem de axe rectangular. Printre aceste puncte se traseaz curba debitelor ca o curb optim, determinat de condiia de minim a sumei ptratelor erorilor (curba va trece prin mijlocul fiei ce ncadreaz punctele). Pentru exprimarea analitic a curbei debitelor n cazul profilelor transversale stabile cu forme parabolice, trapezoidale sau drepunghiulare se poate utiliza o ecuaie de forma: Q = Q0 (H + a)n (5.1) unde: Q0 = debitul lichidul la nivelul (H +a) = 1; a = parametru de nivel; n = exponent. Aceti trei parametri caracterizeaz din punct de vedere hidrologic profil transversal i se determin pe baza irurilor de date hidrometrice msurate Qi i Hi procedndu-se astfel: - se logeritmeaz ecuaia de mai sus, obinndu-se expresia lg Q = lg Q0 + lg (H + a) (5.2) care, n coordonate logaritmice reprezint o dreapt; - se d a valoare parametrul a i se reprezint grafic perechile de valori lg Qi i lg (Hi + a); dac rezult o dreapt, atunci valoarea parametrului a este

corespunztoare; n sens contrar se dau dau alte valori lui a pn este satisfcut condiia de liniariatate; - odat stabilit parametrul a i dreapta n coordonate logaritmice (lg Q i lg (H + a)) se precizeaz valorile termenului lg Q0, ca fiind ordonata punctului de intersecie dintre dreapt i axa lg (H + a) i se calculeaz exponentul n ca fiind egal cu tangenta trigonometric a unghiului format de dreapt i axa lg Q. Pentru profilele transversale ale cursurilor de ap ndiguite, sau cu debite n lunci relativ mici fa de ntreaga seciune de scurgere, ecuaia debitelor se ia de form polinomial (n mod normal se alege o funcie parabolic cu cel mult cinci termeni) adic: ; j = 0,1,2,3,4 (5.3) irul coeficienilor Qj, j = 1,2,.. se va determina din condiia de minim a sumei ptratelor erorilor:j =0

Q = Qj H j

n

[(Q f (H ))] mini i

unde:

(5.4)

Qi = debitele msurate la nivelurile Hi; f(Hi) = funcia curbei debitelor care se propune. Exprimarea condiiei de minim conduce la un sistem de ecuaii avnd ca necunoscute parametrii Qj i anume: (5.5) n condiii naturale nu exist ntotdeauna o legtur unic debite i niveluri ntr-un profil transversal al unui curs de ap; sunt cazuri cnd la acelai debit al apei se pot nregistra diferite niveluri i invers. Acest fapt se datorete urmtoarelor cauze: - variaia pantei hidraulice a curentului de ap (mai mare n perioada de niveluri cresctoare dect n perioade de niveluri descresctoare), ce se nregistreaz la cursurile de ap cu panta longitudinal a suprafeei libere foarte mic, n acest caz curba debitelor prezint la partea superioar un efect de histerezis, (figura 5.1); - modificarea seciunii de curgere n timp prin eroziuni i depuneri (figura 5.2); n acest caz soluia const n stabilirea mai multor curbe de debite; fiecare corespunznd unei stri a albiei; -existena podului de ghea care opune o rezisten hidraulic mai mare micrii curentului, dect cea a aerului;

Q j

[Q f (h )]

2

=0

Q1 = K < 1,0 Q2

unde:

(5.6)

Q1 = debitul corespunztor unui nivel H n timpul existeniei podului de ghea; Q2 = debitul corespunztor aceluiai nivel fr pod de ghea; Valoarea raportului K este dat de expresia:

1 C2 a K= 1 2 C1 Aunde:

3/ 2

(5.7)

C2, C1 = coeficienii Chzy n situaia cu pod, respectiv fr; a = grosimea gheii; A = adncimea medie a seciunii curentului; - shimbarea rugozitii albiilor prin vegetaie; - formarea remuului provocat de baraje, confluene, zpoare, poduri.

5.2 Extrapolarea curbei debitelorPentru valori extreme (maxime i minime), dac msurtorile de debit nu s-au putut face pe teren, n special la niveluri maxime, debitul se deduce prin extrapolarea curbei debitelor. Metodele de extrapolare se mpart n dou categorii: metode hidraulice i metode hidrometrice. Metodele hidraulice se bazeaz pe folosirea parametrilor din formula lui Chzy i sunt: metoda Stewens, metoda Kriki Mnkel, metoda Breg-Epstein .a. Metodele hidrometrice se bazeaz pe extinderea curbelor de legtur ntre elementele hidrometrice considerate i nivelul apei n ru i sunt: metoda bazat pe extinderea curbelor A = f(H) (variaia seciunii transversale funcie de nivel) i V = f(H) (variaia vitezei medii din seciune funcie de nivel), metoda Kravcenko, metoda tangentei .a. Metoda Stewens Aceast metod este recomandat pentru albii uniforme cu nivel H > 3,5 m , i destul de late astfel ca raza hidraulic s poat fi asimilat cu adncimea medie a apei (R ~ Hm).

Se pleac de la formula de continuitate a debitului: Q=AV (5.8) unde: A = seciunea transversal considerat; V = viteza dat de formula lui Chzy

V = C RI C I H mDeci:

(5.9)

A = AC I H m

(5.10)

Se consider c mrimea C I este constant de la o anumit valoare a nivelului n sus ( K = C I ). Rezult:

Q = KA H m = f A H m

(

)

ca fiind o legtur liniar. Extrapolarea se face astfel: - se traseaz cheia debitelor (Q = f(H)) ce urmeaz a fi extrapolat la partea superioar:; - pe baza msurtorilor de debit se determin valorile A

(5.11)

Hm

i se traseaz

Hm dreapta Q = f(A ) care se prelungete ct dorim; - pe baza msurtorilor fcute n seciunea trranversal considerat se traseazHm curba A = f(H) care se prelungete pn la valoarea maxim a lui H; - plecnd cu acelai nivel (H1, H2 . ) de pe ambele axe de coordonate i urmrind sgeile din figura 5.3 rezult punctele care indic extrapolarea curbei debitelor.Metoda de extrapolare pe baza curbelor: A = f(H) i V = f(H) Aceast metod este recomandat n cazurilr cnd se dispune de un numr suficient de msurtori n zona nivelurilor mxime. i aceast metod are la baz tot formula de continuitate a debitului: Q = AV (5.12) unde: A = seciunea transversal studiat, V = viteza medie n seciunea respectiv;

Cunoscnd curba A = f(H), calculat prin planimetrarea seciunii transversale la diferite niveluri i curba V = f(H) obinut prin msurarea vitezei medii corespunztoare diferitelor niveluri, se poate face extrapolarea curbei debitelor astfel: - se traseaz curba debitelor Q = f(H) ce urmeaz a fi extrapolat, curba seciunilor A = f(H) i curba vitezelor medii V = f(H); - se prelungete curba A = f(H) pe baza planimetrrii seciunii transversale; - se prelungete curba V = f(H) innd seama de form i rugozitatea albiei n poriunea de extrapolat; - plecnd de la o serie de niveluri (H1, H2 ) se stabilesc seciunile i vitezele medii corespunztoare care nmulite dau debitele ce indic extrapolarea. Trasarea curbei debitelor i extrapolarea ei folosind metoda Stewens, pentru un exemplu numeric este redat n figura 5.3.

5.3 Concluzii1. Stabilirea relaiei debit-nivel este de o nsemntate major pentru practic, fiind necesar la rezolvarea a numeroase probleme din domeniul hidrologiei, hidraulicei i economiei apelor. 2. Cu ajutorul curbei debitelor se poate stabili, cu uurin, ce debit curge prin seciunea transversal a unui curs de ap numai prin simpla cunoatere a valorii nivelului apei n seciunea considerat. 3. La folosirea curbei debitelor se presupune c albia rului este stabil, nedeformabil n timp. Deoarece acest lucru nu este posibil n natur, se impune verificarea periodic n funcie de intensitatea fenomenelor de nocelare care au loc, prin repetarea msurtorilor de teren, iar cnd abaterile sunt substaniale, curba se reface.

HIDROMETRIA VITEZELOR SI A DEBITELOR IN RAURI

6.1 Fundamentarea teoreticaIn albiile deschise naturale si artificiale (canale)viteza medie a intregii sectiuni pline rezulta din multimea de viteze punctuale distribuite in tot cuprinsul sectiunii. Pentru masurarea vitezei locale in cursurile de apa de suprafata se pot folosi:flotorul,batometrul tahimetru,tubul Pitot,sisteme laser si morisca hidrometrica. Aparatul cel mai utilizat in prezent,pentru masurarea vitezelor locale in rauri,este morisca hidrometrica,datorita preciziei si comoditatii in utilizare.Se pot folosi mai multe tipuri de moristi.Partile componente ale unei moristi hidrometrice sunt:rotorul(elicea),corpul,coada de dirijare si dispozitivul de semnalizare si inregistrare.

Figura 6.1 Schema constructiva a moristii hidrometrice a - schema de detaliu b - schema de ansamblu

Aparatul introdus in curentul de apa transforma prin intermediul elicei,viteza orizontala a firelor de curent in viteza de rotatie.Intre viteza locala v a apei si nr de rotatii n al elicei in unitatea de timp,exista o relatie liniara,care prin tararea moristii in conditii speciale de laborator, este data de formula: v=a+nb unde a si b sunt doua constane ale aparatului. Daca intr-un punct al curentului s-au inregistrat S semnale in timpul cronometrat T,atunci turatia n din ecuatia anterioara este data de formula: n=N(S-1)/T Moristile normale pot inregistra viteze de 0.054,0 m/s,montand una sau alta din cele doua moristi alea aparatului,dupa instructiunile furnizate de constructor. Indiferent de tip, moristile hidrometrice pot fi cu tija sau suspendate. Utilizarea moristilor cu tija se face pana la adancimi ale apei de 3.5m,iar pentru adancimi mai mari se folosesc moristi suspendate.Pentru albii accesibile cu o barca sau de pe o punte,se recurge la morisca cu tija care se introduce in apa vertical.Cand accesul se realizeaza pe bacuri,vase sau poduri,morisca se suspenda de un cablu iar pentru masuratori sistematice de lunga durata se construiesc teleferice cu cabina. Masurarea vitezelor locale se face pe cateva verticale intr-o sectiune transversala a curentului de apa.Nr verticalelor se considera in functie de latimea albiei,recomandandu-se:5verticale pentru latimi sub 100m,7 pentru 100300m,9 pentru 300-600m,etc. In ceea ce priveste nr si pozitia punctelor pe o verticala, in mod curent,se fac masuratori in 5 puncte pentru care se indica pozitiile: la suprafata curentului, la 0.2h, la 0.6h, la 0.8h si in apropierea fundului albiei. Datele obtinute permit determinarea vitezei medii pe verticala prin metode analitice si grafo-analitice. Relatiile de calcul pentru obtinerea vitezelor medii pe verticala sunt date in tabelul 6.1 Adancimea[cm] 80 cm Punctul standard 0.6h S, f 0.2h; 0.6h; 0.8h S; 0.2h; 0.8h; f Formula vitezei medii[m/s] vm=v0.6h vm=(vs+vf)/2 Vm=(v0.2h+2v0.6h+v0.8 h)/4 v=(vs+3v0.2h+3v0.6h+2v 0.8h+vf)/10

6.2 Exemple de calculLa un post hidrometric trebuie efectuata o masuratoare de debit.Determinarea debitului trebuie precedata de o masuratoare de viteze cu ajutorul moristii hidrometrice.

Tabelul 6.2 Elemente ale sectiunii transversale ale raului 6.2.1 Calculul vitezelor medii pentru fiecare verticala In functie de adancimea in dreptul fiecarei verticale si utilizand formulele din tabelul 6.1 se obtin urmatoarele valori pentru vitezele medii pe verticale: VIm=(0.40+0.28)/2=0.34m/s (11.3) VIIm=(0.89+2*0.74+0.65)/4=0.75m/s VIIIm=(0.95+2*0.90+0.80)/4=0.88m/s (11.4) (11.5) (11.6) (11.7) (11.8) (11.9)

VIVm=(1+3*1.05+3*0.98+2*0.85+0.70)/10=0.949m/s VVm=(1.08+3*1.15+3*1.05+2*0.90+0.66)/10=1.014m/s

VVIm=(0.84+3*0.90+3*0.79+2*0.67+0.49)/10=0.764m/s VVIIm=(0.50+2*0.45+0.40)/4=0.45m/s

6.2.2 Calculul suprafetei medii situate intre verticale si a suprafetei totale a sectiunii udatePentru calculul acestor suprafete se intocmeste un profil transversal al sectiunii analizate utilizind datele din tabelul 6.2. Suprafetele verticale sectiunii, se determina cu ajutorul acestui profil transversal utilizind formule geometrice pentru arii si anume : AMS-I=0.25*2*0.5=0.25m2 AI-II=[(0.25+0.54)/2]*4=1.58m2 AII-III=[(0.54+0.72)/2]*5=3.20m2 AIII-IV=[(0.72+0.90)/2]*6=4.68m2 (6.10) (6.11) (6.12) (6.13)

Figura 6.2 Profilul transversal al albiei AIV-V=[(0.90+0.94)/2]*5=4.60m2 AV-VI=[(0.94+0.84)/2]*3=2.67m2 AVI-VII=[(0.84+0.38)/2]*2=1.22m2 AVII-MD=0.5*2*0.38=0.38m2 (6.14) (6.15) (6.16) (6.17)

ATOTALA=A=0.25+1.58+3.20+4.86+4.60+2.67+1.22+0.38=18.86m2 (6.18)

6.2.3 Calculul debitelor partiale care se scurg intre verticale

Figura 6.3 Hodograful vitezelor Debitele partiale dintre verticale se obtin inmultind suprafetele dintre aceste verticale cu viteza medie pe acea portiune din sectiune. QMS-I=0.0858*2/2=0.085m3/s QI-II=[(0.085+0.405)/2]*4=0.98m3/s QII-III=[(0.405+0.6336)/2]*5=2.5965m3/s QIII-IV=[(0.6336+0.8541)/2]*6=4.4631m3/s QIV-V=[(0.8541+0.9531)/2]*5=4.518m3/s QV-VI=[(0.9531+0.641)/2]*3=2.39115m3/s (6.19) (6.20) (6.21) (6.22) (6.23) (6.24)

QVI-VII=[(0.641+0.171)/2]*2=0.812m3/s QVII-MD=0.171*2/2=0.171m3/s QTOTAL=Qi-j=16.01675m3/s

(6.25) (6.26) (6.27)

Figura 6.4 Curba debitelor unitare Calculul debitului in perioada de ape mari Pentru perioadele cu ape mari se poate utiliza formula lui Chezy: Q=ACRI=A*1/n*R2/3I1/2 unde: n este rugozitatea albiei A aria sectiunii transversale I panta suprafetei apei R raza hidraulica Raza hidraulica se calculeaza utilizand formula R=A/P unde P este perimetrul udat.

6.3.1. Calculul debitelor scurse prin albia minora in timpul apelor mariElementele care intra in formula lui Chezy sunt urmatoarele: Perimetrul udat calculat aplicand teorema lui Pitagora(intre doua verticale succesive)cunoscand adancimile apei pe cele 6 verticale si distantele dintre verticale ________ ________ ________ ________ Pm = (22+0.252) + (42+0.292) + (52+0.182) + (62+0.182) + (52+0.042) + (32+0.102) + (22+0.502) + (42+0.382) = 31.1133 m (6.49) Raza hidraulica la nivelul apei H0 Rm=Am/Pm=18.86/31.1133=0.606 m Rugozitatea albiei minore calculata din formula lui Chezy: n = (Am*R2/3m*I1/2)/Q=[18.66*0.6062/3*(5*10-4)]/15.6731=0.01926 (6.51) Aria albiei minore Av la ape mari Av=Am+H*B=18.86+0.56*29=35.1 m2 Raza hidraulica Rv a albiei minore pentru nivelul apei Hv Rv=Av/Pm=35.10/31.1133=1.28 m Debitul scurs prin albia minora Qm comform formulei lui Chezy: Qm=1/n*Av*R2/3vI=1/0.01926*35.1*1.1282/3*(5*10-4)=44.158m3/s (6.54) (6.53) (6.52) (6.50)

6.3.2. Calculul debitelor scurse prin albia majora stangaAria sectiunii de scurgere Ast=H/2*Lst=0.56/2*150=42m2 Perimetrul udat Pst=(H2+L2st)=22500.3136=150.00104m Raza hidraulica Rst=Ast/Pst=42/150.00104=0.279m Rugozitatea se considera ca avand valoarea n=0.076 Debitul scurs prin albia majora stanga este Qst=1/n*Ast*R2/3st*I=1/0.076*42*0.2792/3*(5*10-4)=5.276m3/s (6.58) (6.57) (6.56) (6.55)

6.4 Trasarea cheii limnimtrice 6.4.1 Calculul debitului raului pentru un nivel oarecareCalculul se efectueaza in succesiunea urmatoare: Calculul perimetrului udat P1=(52+0.182)+(62+0.182)+(52+0.042)+(32+0.12)+|(1.22+0.32)=20.2446m (6.59) Calculul sectiunii de curgere A1 = 0.5*5*(0.72-0.54) + 0.5[(0.72-0.54) + (0.9-0.54)]*6 + 0.5[(0.94-0.54) + (0.9o.54)]*5 + 0.5[(0.94-0.54) + (o.84-0.54)]*3 + 0.5(0.84-0.54)*1.2= 5.2 m2 (6.60)

Calculul razei hidraulice R1=A1/P1=5.20/20.2446=0.2568m Calculul debitului raului corespunzator nivelului H1 Q1 = 1 / n*A1*R2/31I = 1/0.01926*5.2*0.25682/3*(5*10-4) = 2.4389m3\s (6.62) In tabel sunt prezentate valorile necesare trasarii cheii limnimetrice H1 = 10.54 m Q1 = 2.4389 m3/s H0 = 0.94 m Q0 = 15.6731 m3/s HV = 1,5 m QV = 50.4523 m3/s (6.61)

Tabelul 6.4 Perechile de valori necesare trasarii cheii limnimetrice

Figura 6.6 Cheia limnimetrica Q = f (H)

ConcluziiStabilirea vitezei de curgere a apei printr-o sectiune transversala a unui rau este prima etapa in determinarea debitului lichid care tranziteaza aceasta sectiune.Masurarea punctuala a adancimii apei ajuta la trasarea sectiunii transversale si la determinarea sectiunii udate.Produsul dintre sctiunea udata si viteza medie pe sectiune determina debitului scurs prin sectiune.Debitele lichide

masurate corespund unui nivel citit la mira hidrometrica.Perechile de valori debitnivel sunt utilizate la trasarea cheilor limnimetrice cu ajutorul carora se poate afla in orice moment debitul cunoscand nivelul.

HIDROMETRIA DEBITELOR SOLIDE

Abordarea teoretica a transportului de aluviuni de catre cursurile de apa are o valabilitate redusa. Aceste lipsuri pot fi inlocuite prin efectuarea de masuratori directe, separat pentru aluviuni de fund (tarate) si pentru aluviuni in suspensie. In paralel cu masuratori de debit solid se pot face si masuratori privind morfologia albiei, granulozitatea aluviunilor sedimentate si a celor in miscare si ale altor elemente cuprinse in diverse formule de calcul. Debitul solid tarat si debitul solid in suspensie se raporteaza intotdeauna la debitul lichid si la nivelul apei din rau din momentul efectuarii masuratorii.

7.1. Debitul solid in suspensieAparatele folosite pentru masurarea cantitatii de aluviuni in suspensie transportate de cursurile de apa, se numesc batometre. Cantitatea de apa necesara a fi recoltata depinde de turbiditatea apei. La turbiditati foarte ridicate (510 g/J)se recolteaza probe de 0,5 l,. iar la turbiditati foarte mici (sub 0,010,02 g/1) se recolteaza probe de apa de 2 5 l. . Determinarea debitului solid al aluviunilor in suspensie se obtine prin masuratori simultane, de viteza a apei si a concentratiei aluviunilor, intr-un numar de puncte ale sectiunii de curgere a raului. Dintre tipurile de batometre utilizate se prezintii. in figura 7.1 batometrul Jukovski-Kolle. Aparatul consta dintr-un recipient metalic de forma cilindrica, cu axul orizontal, prevazut cu clapete la cele doua capete in pozitie inchisa prin resorturi. Batometrul este scufundat la adancimea necesara, prin tije avand cele doua c1apete desehise prin cablurile actionate de operator de la suprafa curentului de apa. Dupa umplerea cu apa a recipientului si uniformizarea curentului, se inchid brusc clapetele prin eliberarea celor doua cabluri. Din continutul batometrului se separa partea solida plin operatii de filtrare sau de centrifugare, dupa care suspensiile se usuca si se cantaresc si prin rapoartele la volumul total al probei W [cm3] se exprima concentratia aluviunilor in suspensie prin relatia: p = 10 6 g / cm 3 w

[

]

Concentratia de aluviuni in suspensie variaza in sectiunea transversala a unui curent de apa asa cum se arata in figura 7.2. Cantitatea de aluviuni in suspensie este maxima la fundul albiei si descreste spre suprafata curentului de apa unde este minima si de asemenea se inregistreaza valori mai mari in firul curentului fata de celelalte zone din sectiune.

Figura 7.1: Batometru pentru aluviuni in suspensie

Figura 7.2: Diagrama debitului de aluviuni in suspensie Daca se noteaza cu concentratia medie a aluviunilor in suspensie de pe o vericala cu vmed viteza medie pe vertica1a, cu h adancimea apei in dreptul verticalei si cu I semisuma distantelor dintre verticalele considerate intr-o sectiune a albiei, debitul total de aluviuni in suspensie pentru un anumit nivel al apei se poale exprima prin: Qs=0.5 [hl vmedPII, +( hi Vmcdl 1 + h2 vmed2 2 ) l2 +...+ hn vmed,n n ln+1]

La cursurile de apa importante, cu adancimi mari, pentru deteeminarea conceratratiei de aluviuni, se recomanda utilizarea instalatiei alcatuita dintr-o priza de apa montata la capatul unei conducte flexibile, prin care se extrag probe de apa cu ajutorul unei pompe fixate la bordul unei ambarcatiuni. , . " Calculul debitului solid in suspensie In punetele in care se fac masuratori de viteza se fac si colectari de probe de apa tulbure cu care se fac determinari ale concentratiei de aluviunl prin filtrare si cantirire. p [g / l ] = w Intr-o sectiune transversala a unui rau putem avea umatoarele tipuri de masuratori: -complete care se fac in toate verticalele de viteza in toate punctele standard in care s-au masurat vitezele; - la 0,6 h, in toate venicalele de viteze; - la suprafata; - simple, doar in anumite puncte si anumite verticale. Metodele de calcul ale debitului solid in suspensie sunt: a) Metoda analitica care presupune calculul debitelor partiale de aluviuni in suspensie Ri si insumarea lor pe intreaga sectiune: unde: Aij este suprafa partiala cuprinsa intre doua verticale vecine de prelevare a probelor;i =1 i =1

R = Ri =

n

n

i + i +12

Aij

respective, acestea calculandu-se cu formule asemanatoare cu cele, folosite la calculul vitezelor medii pe verticala pe baza punctelor standard. De exemplu pentru o verticala in care s-au masurat debite de aluviuni in suspensie in cinci puncte(la suprafata, 0,2h; 0,6 h;0,8h si la fundul albiei) se foloseste fonnula: = s v s + 3 0.2 h v0.2 h + 3 0.6 k v0.6 h + 2 0.8 h v0.8 h + f v f

i si i +1 sunt debitele de aluviuni in suspensie, unitare medii pe venicalele

(

)

unde: p = w este concenratia de aluviuni in suspensie determinata prin filtrare si cantarire [g/l]; vi este viteza medie in punctul de masurare [m/s].

b) Metoda grafomecanica - consta in trasarea curbei de variatie a debitelor unitare medii de aluviuni in suspensie si planimetrarea suprafetei cuprinse intre aceasta curba si linia apei corespunzatoare nivelului de calcul. c) Metoda grafoanalitica - consta in determinarea suprafetei determinate ca la metoda grafomecanica si calculul acesteia tinand seama de figurile geometrice formate intre verticalele de masurare.

7.2. Debitul solid taratPietrisurile si nisipurile misate de curentul de apa pe fundul albiei se pot masura sub forma debitului solid de fund prin insumarea unor debite elementare gf care reprezinta cantitatea de aluviuni tarate ce trece in unitatea de timp prin latimea partiala b si se calculeaz1a cu formula: 100 P [g / m s ] gf = bt unde: Peste greutatea in g a aluviunilor care trec prin latimea b [cm], in timpul t [s].

Figura 7.3: Masurarea debitului solid tarat Daca se notam cu l1, l2, ,1n+1 distantele dintre Vemcmete care trecprin mijlocul fasiilor b, atunci debitul solid tarat total Gr se poatae calcula cu relatia: Gr= 0,5 [g1l1+(g1+g2)l2 +...+ gnln+1] Suma distantelor l1,12, ...,ln+1 formeaza latimea activa B de circulatie a aluviunilor tarate, iar prin latimea partiala b se intelege latimea aparatului utilizat. Batometrele sunt folosite pentru colectarea aluviunilor tarate si sunt construite astfel incat sa nu perturbe regimul de curgere al curentului de apa.

Cel mai simplu batometru se prezinta sub forma unei cutii din plasa de sarma cu ochiuri mici, avand partea anterioara desehisa pe o latime b, fixate pe patul albiei printr-o bara metalica (figura 7.4)

Figura 7.4 Batometru plasa Pentru masurare se inregistreaza prin cronometrare intervalul de timp t in minute cat batimetrul a ramas pe fundul albiei, iar dupa extragerea aparatului din apa se descarca continutul de aluviuni si se cantarese. Ptmtru determinarea compozitiei granulometrice a aluviunilor tarate se fac probe de cernere a materialului retinut in batometru. La cursurile de apa mici masurarea debitului aluviunilor tarate se poate face si prin practicarea unui sant, cu dimensiuni cunoscute, asezat perpendicular pe albie. Determinarea aluviunilor tarate captate de sant se efectueaza prin ridicari hidrografice succesive ale configuratiei santului.

Calculul debitului solid tiratAluviunile tarate sunt cele transportate de rauri pe fundul albiei si au o compozitie granulometrica mai mare decat cele in suspensie. Calculul debitului solid tarat se face prin urmatoarele metode: a) Metoda analiticia - presupune insumarea aluviunilor tarate partiale (debitul care trece prin doua sectiuni verticale) pe intreaga sectiune. n n g + g i +1 G = Gi = i li 2 i =1 i =1 unde:

gi si gi+1 sunt debite partiale tarate transportate de rau in verticala i, pe latimea b a batometrului[g/m s; li este distanta dintre varticalele i si i+1.

b) Metoda garfomecanica, consta in trasarea curbei de variatie a debitelor elementare tarate si planimetrarea suprafetei cuprinse intre aceasta curba si linia apei corespunzatoare nivelului de calcul. c) Metoda grafoanalitica, consta in trasarea curbei de variatie a debitelor elementare tarate si calculul suprafetelor cuprinse intre aceasta curba si linia apei aplicand formula: (figura 7.6)

Figura 7.5 Graficul variatiei debitului solid tarat prin metoda grafomecanica

Figura 7.6: Graficul variatiei debitului solid tarat prin metoda grafoanalitica

Calclul debitelor solide cu ajutorul unor formule este insufficient alucidat datorita unor factori necunoscuti. Pentru inlaturarea acestor lacune apare necesitatea efectuarii unor masuratori directe atat pentru aluvinile in suspensie cat si pentru aluviunile tarate. Cunoasterea scurgerii solide prezinta interes in proiectarea si exploatarea unor importante lucrari hidrotehnice asupra carora are effect defavorabil. Pe de alta parte, aluviunile sub forma de nisip, pietris si prundis pot fi utilizate ca agregate pentru betoane daca exploatarea si sortarea lor este economica.