Denumire proiect: Modele de evaluare a bugetului de aluviuni în ...

Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” Iaşi
Facultatea de Geografie şi Geologie
Departamentul de Geografie
CONTRACT PNCD II – IDEI
Cod CNCSIS: 436
Nr. 146/1.10.2007
Contractor
Universitatea “Al. I. Cuza” Iaşi
Denumire proiect:
Bd. Carol I. Nr.20A, 700505 – Iaşi, România
Tel.: +4.0232.20.1075, +4.0232.20.1074
Fax: +4.0232.20.1474
http://geography.uaic.ro/
Modele de evaluare a bugetului de aluviuni în
relaţie cu impactul antropic dintr-un bazin
hidrografic. Studiu de caz: bazinul râului Trotuş
ETAPA III – UNICĂ – 2009
DENUMIRE OBIECTIVE 2009:
1. Evaluarea impactului antropic din punct de vedere al tranzitului de
aluviuni versant-albie-efluenta;
2. Analiza calitativa a depozitelor de albie –segment important al
bugetului de aluviuni;
3. Estimarea eroziunii efective a versantilor pe bazine hidrografice
(rezumat)
Director proiect,
Conf. dr. Dan Dumitriu

1. Evaluarea impactului antropic din punct de vedere al tranzitului
de aluviuni versant-albie-efluenta.
În privinţa impactului antropic din punct de vedere al tranzitului de aluviuni versantalbie-efluenţă
accentul s-a pus pe drumurile în pantă. S-a realizat o cartare în teren a acestora,
care va fi comparată cu situaţiile existente în trecut, după digitizarea acestora de pe diferite
produse cartografice, din ediţii diferite. Se apreciază că numai prin eroziune drumurilor sunt
evacuate în sistemul de albii circa 20-30% din totalul aluviunilor. În zonele de extracţie a
petrolului din bazinul Trotuşului am calculat densităţi ale reţelei de drumuri în pantă cuprinse
între 2,5 şi 6.5 km/km 2 .
Fig. 1. Reţeaua de drumuri petroliere dintre Asău şi Tazlăul Sărat
2

Foto 1. Impactul antropic în morfogeneză. Ravenă dintr-un perimetru de exploatare a petrolului
(Dofteana)
2. Analiza calitativa a depozitelor de albie – segment important al
bugetului de aluviuni
2.1. Variabilitatea granulometrică a depozitelor de albie
Metodele de eşantionare se pot grupa în două categorii:
(i) eşantionarea volumetrică şi de itinerar pe o secţiune de albie;
(ii) eşantionarea volumetrică prin prelevarea de probe, distinct pentru
stratul superficial
de aluviuni
(pavaj) şi stratul subsuperficial (subpavaj).
În studiul realizat de noi s-a utilizat cea de a două
metodă. Pentru o imagine cât mai
completă
a spectrului granulometric al depozitelor de albie din lungul râului Trotuş s-au ales 21
de secţiuni de prelevare a materialelor. Alegerea secţiunilor de prelevare se face în funcţie de
scopul cercetării şi de obiectivele urmărite. Înafară de surprinderea cât mai corectă a variaţiei
granulometriei materialelor de albie în lungul Trotuşului, un alt obiectiv a fost acela de a
constata rolul afluenţilor în perturbarea tendinţei generale ideale, şi anume aceea în care clasele
de dimensiuni din ce în ce mai mici se succed şi cresc exponenţial, ca pondere, în direcţia
curgerii. Probele globale (rezultate prin însumarea probelor de suprafaţă şi subsuprafaţă sau mai
pe scurt din pavaj şi subpavaj) recoltate în cele 21 de secţiuni au fost separate în 14 clase
granulometrice la un interval de 1 phi.
3

Din fondul de date obţinut, se pot desprinde următoarele concluzii:
i) în lungul râului Trotuş se constată o tendinţa generală de diminuare a diametrului
median al materialelor de albie, între cele două secţiuni extreme de probare
(de la 38 mm la
Făgeţel,
situată la 7.1 km faţă de izvoare, la 27 mm la Burcioaia, la 160 km de obârşie). Faţă de
această tendinţă generală, între principalele confluenţe sau acolo unde valea Trotuşului este mai
îngustă, se înregistrează apar abateri pozitive ori negative. Funcţia polinomială de gradul II
ajustează cel mai bine tendinţa generală de variaţie a diametrului median, cu ajutorul căreia se
pot separa patru sectoare distincte.
Diametrul median (D50, mm
140
120
100
80
60
40
20
0
D50 = -0.011L 2 + 1.5411L + 43.287
R = 0.809
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Distanta fata de izvor (km)
Fig. 2. Variaţia diametrului median al depozitelor de albie în lungul râului Trotuş
Astfel, în cursul superior (până aproximativ după confluenţa cu Valea Rece) media
diametrului median se situează cam în jurul valorii de 62 mm, ca apoi până în amonte de
confluenţa
cu Ciobănuşul aceasta să fie de 92 mm. O scădere uşoară, dar care nu are relevanţă
prea mare în aspectul general al depozitelor de albie dintre secţiunile Ghimeş şi Asău pentru că
este caracteristică unui sector scurt se înregistrează imediat în aval de confluenţa cu Ciobănuşul.
Tendinţa de creştere a diametrului median din cursul mijlociu atinge punctul maxim în aval
de Asău, după care are loc o diminuare a acestuia în cadrul Depresiunii Comăneşti. Un al doilea
maxim apare în sectorul de ieşire al Trotuşului din depresiune şi de intrare în zona subcarpatică.
Aval de Perchiu variaţia diametrului median înregistrează o diminuare continuă cu excepţia
pulsaţiei de după confluenţa cu Tazlăul. În concluzie, se individualizează trei sectoare
caracterizate de valori ale diametrului median mai scăzute (Făgeţel - Valea Rece; în interiorul
Depresiunii Comăneşti; cursul inferior în aval de confluenţa cu Tazlăul) şi unul, în cursul
mijlociu, în care valorile D50 sunt, în medie, peste 90 mm. Valorile ridicate ale diametrului
median din cursul mijlociu se pot datora, pe de o parte, aportului afluenţilor scurţi şi cu pantă
mare care transportă în albia Trotuşului materiale mai grosiere, iar pe de altă parte aportului
versanţilor, deoarece acest sector corespunde, în mare parte, cu îngustările văii care apar la
4

intrarea şi la ieşirea din Depresiunea Comăneşti. În aceste zone de îngustare versanţii au un rol
important în alimentarea albiei cu materiale grosiere.
Tabel 1. Date asupra unor proprietăţi ale materialului din albia râului Trotuş
Secţiunea S din L Ib D50 S+A N P Bo 1-20 Bl M
de a monte mm
prelevare [km m] [% [mm [%] [%] [%] [%] [%] [%]
2 ] [k
] ]
Făgeţel 8.60 7.10 1 6.8 3 7.98 0.31 9.53 64.33 25.84 22.48 0.00 1
Lunca de Sus 31.20 13.50 15.0 74.92 0.95 6.74 27.94 64.37 5.82 0.00 1
Lunca de
Mijloc
73.70 21.80 14.0 62.42 0.28 12.17 42.45 48.79 1 7.10 0.00 1
Valea Rece 244.00 25.00 9.00 73.89 0.27 7.58 21.34 76.09 5.79 0.00 1
Ghimeş 288.60 31.20 11.6 85.27 0.13 4.96 28.31 66.58 20.84 0.00 1
Palanca 340.90 37.00 10.1 81.04 0.15 4.30 32.02 63.53 12.80 0.00 1
Brusturoasa 460.20 42.60 11.6 108.18 0.23 4.07 20.56 69.21 7.20 5.93 1
Beleghet 745.90 50.50 6.70 94.40 0.22 7.85 25.78 66.15 1 3.79 0.00 1
Ciobănuş 913.60 59.40 5.10 77.74 0.13 7.76 32.73 59.37 15.64 0.00 1
Asău 1125.00 66.00 5.70 130.08 0.02 0.53 4.17 86.52 1.31 8.76 1
Comăneşti 1158.30 73.10 5.10 75.27 0.29 7.67 34. 09 57.95 1 6.22 0.00 1
Păgubeni 1694.50 78.00 4.30 91.81 0.20 6.45 27.24 66.12 10.47 0.00 1
Mosoreni 1893.31 89.60 9.70 118.11 0.03 1.81 13.72 67.75 4.30 16.7 1
Tg. Trotuş 2100.90 98.10 5.30 119.21 0.08 5.17 21.24 73.51 1 0.27 0.00 1
Perchiu 2464.00 105.50 4.00 36.94 0.18 3.63 77.53 18.67 16.26 0.00 1
Rădeana 3864.00 118.50 2.50 72.37 0.35 7.15 34.95 50.33 10.45 0.00 1
Căiuţi 4005.40 125.50 2.60 43.23 0.36 15.33 48.38 35.93 19.81 0.00 2
Cornăţel 4181.71 139.50 1.80 43.33 0.30 10.14 53.47 36.11 21.26 0.00 1
Copăceşti 4220.00 148.00 4.10 28.06 0.31 8.72 73.08 17.87 27.29 0.00 1
Adjud 4262.80 153.50 3.70 19.98 0.26 14. 37 79.78 5.58 40.07 0.00 1
Burcioaia 4349.00 159.00 2.30 26.80 0.40 7.21 85.52 6.86 23.91 0.00 1
2.2. Analiza morfometriei pietrişurilor
Analiza morfometrică a fost şi este considerată, alături de analizele de granulometrie şi
petrografie,
o sursă incontestabilă de informaţie asupra provenienţei aluviunilor, mediului de
transport şi depunere a particulelor sedimentare.
Tabel 2. Indici uzuali ai morfometriei pietrişurilor
Indice Formula
Sursa
Indice de rotunjire Cailluex R0 = 2r1 / a
R0 =Σ (r / R) / N
Cailluex (1947)
Indice de rotunjire Wadell r = razele de curbură înscrise în colţuri
R = raza celui mai mare cerc inscriptibil
N = nr. colţurilor de rază = 0
Wadell (1933)
Indice de rotunjire R0 = r1 / R
Wentworth (1933)
Wentworth
r1 = raza celui mai mic cerc
înscris
R = (a+b) / 4
Indice de aplatizare
Cailluex
100 (a +b) / 2c = Ap Cailluex (1945)
Indice de aplatizare
Wentworth
Ap = (a +b) / c Wentworth (1922)
Indice de asimetrie
Cailluex
As = AC / A Cailluex (1952)
5

c / a
Sneed & Folk (1958)
Indicii Sneed & Folk b / a indici de elongaţie
Zingg (1935)
(1958)
c / b
Zingg (1935)
Indice disc - cilindru (DC) (a - b) / (a - c) = DC Sneed & Folk (1958)
Indice oblat - prolat (OP) OP = 10 ((( a - b) / (a - c) - 0,5) / C / a)
Rf = (( CP - CE) + 2 ( P - E) + 4 (VP - VE)) / 2N
Dobkins
& Folk (1970)
Raport de formă (Rf) CP = % compact E = % elongat
CE = % compact elongat VP = % f. plat
P = % plat VE = % f. elongat
Sneed & Folk (1958)
Sfericitatea proiecţiei
maxime (MPS)
Sfericitatea lui Krumbein
Indice de formă Corey
(CSI)
Indice de sfericitate Riley
Raport de consistenţă (Rc)
Clasificarea
morfometrică
Zingg
Clasificarea indicelui de
rotunjime
Clasificarea indicelui de
alungire
3 √ (c 2 /ab) = MPS
Sneed & Folk (1958)
3 2
√ (cb /a ) = Sf
Krumbein (1941)
CSI = c / 2 √ (ab) Corey (1949)
Sf = Di /dc
Di = diametrul celui mai mare cerc înscris
Dc = diametrul celui mai mare cerc circumscris
Rc = 100 * Lθ / v
Lθ = orientarea axei
b / a şi c /b > 0.67 - clasa izometrică
(cu tipul sferic)
b / a < 0.67 - clasa prismatică (cu tipul cilindric)
c /b > 0.67
b / a < 0.67 - clasa planară (cu tipul lamelar)
c /b < 0.67
b / a > 0.67 - clasa planară (cu tipul discoidal)
c /b < 0.67
angular Ro = 0, 125 - 0,250
subangular Ro = 0,268 - 0,330
subrotunjit Ro = 0,353 - 0,466
rotunjit Ro = 0,500 - 0,660
foarte rotunjit Ro = 0,707 - 1, 000
subalungite Al = 0,66 - 0,63
alungite Al = 0,63 - 0,60
foarte alungite Al < 0,60
Riley (1953)
Moryanea (1991)
Zingg (1935)
Schneiderhöhn ( 1954)
Powers, Goguel, Kuewn (1965)
Folk (1965)
Tendinţele de variaţie a indicilor morfologici în lungul râului pot fi evaluate cu ajutorul
unor f
;
b lgx;
x 2 + dx 3 uncţii matematice de tipul următor:
- liniară - y = a + bx;
bx
- exponenţială - y = a e
- de putere - y = ax
,
în car analizat; x - distanţa de transport de la obârşia
b ;
- logaritmică - y = a +
- hiperbolică - y = a + b 1/x;
- polinomială - y = a + bx + c
e: y - reprezintă parametrul morfometric
râului, în km; a, b, c, d - coeficienţi de regresie.
6

Tabel 3. Relaţii dintre unii indici morfometrici ai pietrişurilor grosiere din albia râului Trotuş (proba globală, 16 - 32
mm) şi distanţa de transport
Indicii Funcţia Coeficienţii de regresie Coef. Coef.
Dim. eşantionului
morfom.
de de
c orelaţie det. Claste
Secţ.
[a] [b] [c] [d] [r] [r [n]
2 ] [N]
Indice exponenţială 0. 233
0.0025
0.694 0.482 3000
24
rotunjire logaritmică 0.106
0.044
0.764 0.586 3000
24
Cailleux polinomială 0.204 0.0017 -0.0 00006
0.744 0.555 3000
24
(Rc) hiperbolică 0.321 -1.187
0.709 0.504 3000
24
de putere 0.142 0.169
0.781 0.610 3000
24
Indice ex ponenţială 272.1 -0.0006
0.368 0.136 3000
24
aplatizare l ogaritmică 289.2 -7.221
0.275 0.076 3000
24
Cailleux polinomială 267.3 0.030 -0. 0011
0.383 0.147 3000
24
(Ap) hiperbolică 257.1 76.448
0.101 0.010 3000
24
de putere 289.1 -0.027
0.270 0.072 3000
24
Indice ex ponenţială 0.642 -0.0002
0.554 0.307 3000
24
a simetrie l ogaritmică 0.659 -0.0072
0.439 0.193 3000
24
Cailleux polinomială 0.637 0.00002 -0.0000009 0.570 0.325 3000
24
(As) hiperbolică 0.627 0.0840
0.179 0.032 3000
24
de putere 0.659 -0.0114
0.438 0.192 3000
24
Indic e ex ponenţială -3.981 0.486
0.427 0.183 3000
24
oblat- l ogaritmică -2.374 -0.017 0.0004 -0.000002 0.495 0.245 3000
24
prolat polinomială -1.720 -9.184
0.281 0.079 3000
24
(OP) hiperbolică
de putere
Indic e ex ponenţială 0.427 0.0005
0.395 0.156 3000
24
disc- l ogaritmică 0.397 0.012
0.343 0.118 3000 24
cilindru polinomială 0.431 0.0001 0.0000007 0.397 0.158 3000
24
(DC) hiperbolică 0.453 -0.230
0.229 0.052 3000
24
de putere 0.400 0.026
0.342 0.117 3000
24
Sfer. ex ponenţială 0.556 0.0005
0.432 0.187 3000
24
p roiecţiei l ogaritmică 0.534 0.010
0.296 0.088 3000
24
m axime polinomială 0.576 -0.0004 0.00 0004
0.495 0.245 3000
24
(MPS) hiperbolică 0.582 -0.102
0.094 0.009 3000
24
de putere 0.534 0.019
0.300 0.090 3000
24
I ndice de ex ponenţială 0.428 0.0006
0.384 0.148 3000
24
formă l ogaritmică 0.409 0.0103
0.247 0.061 3000
24
Corey polinomială 0.456 -0.0006 0.00 0005
0.484 0.235 3000
24
(CSI) hiperbolică 0.454 -0.085
0.223 0.050 3000
24
de putere 0.409 0.023
0.249 0.062 3000
24
I ndice de exponenţială 0.359 0.0007
0.434 0.189 3000
24
el ongaţie logaritmică 0.337 0.011
0.288 0.083 3000
24
c/a polinomială 0.383 -0.0005 0.00 0004
0.514 0.265 3000
24
hiperbolică 0.386 -0.090
0.081 0.0067 3000
24
de putere 0.338 0.029
0.293 0.086 3000
24
2.3.
Spectrul petrografic al pietrişurilor fluviale
Spectrul petrografic al pietrişurilor a fost analizat pe două
clase granulometrice (16 -
32 mm - pietrişuri grosiere şi 32 - 64 mm - pietrişuri foarte grosiere) pentru a scoate în
evidenţă influenţa condiţiilor hidrodinamice ale transportului longitudinal şi comportamentul
la prelucrarea fluvială a clastelor de o anumită litologie.
Prima observaţie care reiese din analizarea acestor
date este aceea că tipurile
petrografice
ale pietrişurilor din cele două clase granulometrice care intră în competiţie
sunt reprezentate, pe ansamblu, de diferite varietăţi de gresii (86,8%), calcare din fliş
şi mezozoice (10%) şi roci metamorfice (3,2%), cu unele diferenţieri de la o clasă la alta.
Comportamentul la prelucrarea fluvială a celor nouă tipuri petrografice principale din care
sunt constituite pietrişurile din albia râului Trotuş ar fi următorul:
(i) clastele de roci metamorfice au o participare mai însemnată
în depozitele de albie
din cursul
superior (aproximativ 6% în secţiunea de eşantionare Valea Rece în clasa 16 - 32
mm şi 5% la Lunca de Mijloc în clasa pietrişurilor foarte grosiere) şi inferior (18%, respectiv
12,56% în secţiunea Burcioaia), în rest deţinând o pondere cu totul nesemnificativă.
(ii) calcare mezozoice cu toate că deţin numai 2,7% din spectrul general
al
pietrişurilor
din albia râului Trotuş prezintă o importanţă aparte prin faptul că având o
rezistenţă crescută la prelucrarea fluvială se constituie în elemente reper atât pentru studiile
de morfometrie a galeţilor cât şi pentru descifrarea unor etape de evoluţie a reţelei
7

hidrografice. În profil longitudinal ponderea cea mai mare a calcarelor mezozoice se
înregistrează în primii 40 km pentru ambele clase granulometrice, suprapunându-se de fapt
sectorului unde Trotuşul primeşte afluenţii care drenează flancul estic al Sinclinalului
Hăghimaş.
Gresii tip
Tarcău
7.4%
Gresii kliwif.
26.3%
Gresii tip
Tarcău
21.7%
Gresii kliwif.
15.0%
Gresii glauc.
6.7%
Gresii glauc.
12.7%
Gresii curbic.
4.8%
Calc. fliş
7.7%
Gresii curbic.
6.0%
Calcar fliş
6.9%
Gresii tip Kliwa
11.1%
Cristalin
4.0%
Gresii tip Kliwa
7.5%
Cristalin
2.4%
Gresii
diaclazate
29.2%
Calc. mezozoice
2.8%
Gresii
diaclazate
25.1%
Calc. mezozoice
2.7%
F ig . 3. Spectrul petrografic general al pietrişurilor grosiere (16 - 32 mm) (a) şi a celor foarte grosiere (32 - 64 mm)
(b) din albia râului Trotuş
8

3. Estimarea eroziunii efective a versanţilor pe bazine hidrografice
Eroziunea efectivă a versanţilor este considerată drept suma eroziunii în suprafaţă, în rill -
uri, ravene şi albii din bazine hidrografice mici (Onstad, 1984). În cazul bazinului hidrografic al
râului Trotuş, eroziunea efectivă a fost estimată în funcţie de alcătuirea litologică a celor trei
mari areale şi ţinând cont de ierarhizarea reţelei hidrografice în sistem Strahler. Astfel, ţinând
cont de condiţiile specifice bazinului Trotuş s-a considerat că:
(i) în cazul zonelor cu rezistenţă mare şi rezistenţă moderată la eroziune (în funcţie de
alcătuirea litologică), eroziunea efectivă poate fi considerată drept producţia de aluviuni a
bazinelor hidrografice de ordinul II (sistem Strahler);
(ii) în cazul zonelor cu rezistenţă slabă la eroziune, eroziunea efectivă poate fi considerată
drept producţia de aluviuni a bazinelor de ordinul I (sistem Strahler);
Ecuaţiile utilizate pentru determinarea eroziunii efective pe anumite zone, separate în
funcţie de rezistenţa la eroziune a substratului, au fost:
(i) pentru zonele cu rezistenţă moderată la eroziune
671.06 Ω 2 )] /Ω 2 Ev = [- 4493.45 + 5825.65 Ω (-
,
(n = 36; r = 0.606)
unde Ev - eroziunea efectivă (tone/an), iar Ω - ordinul de mărime în sistem
Strahler.
(ii) pentru arealul cu rezistenţă slabă la eroziune
E v = [- 17918.84 + 25062.81 Ω (- 3563.21 Ω
.557)
2 )] /Ω 2 ,
(n = 63; r = 0
(iii) pentru zonele cu rezistenţă mare la eroziune fiindcă nu s-a dispus de o asemenea
funcţie, autorii au sugerat folosirea următoarei
relaţii :
-0.100
Rev = 72.443 Sb ,
unde Rev - rata de evacuare a aluviunilor în t/km²/an, iar Sb - suprafaţa bazinului în km².
În cazul bazinului hidrografic al râului Trotuş, prin aplicarea
setului de ecuaţii pentru cele
trei tipuri
de areale litologice s-au obţinut următoarele valori ale eroziunii efective:
(i) 72 t/km²/an pentru arealul cu rezistenţă mare la eroziune;
(ii) 1255 t/km²/an pentru arealul cu rezistenţă moderată la eroziune;
(iii) 5180 t/km²/an pentru arealul cu rezistenţă slabă la eroziune.
Raportând valorile estimative ale eroziunii efective la suprafeţele deţinute de fiecare areal
în parte, a rezultat că pe întreaga întindere a bazinul râului Trotuş pot fi erodate aproximativ 10
700 000
t (70 000 t/an pentru arealul cu roci rezistente la eroziune; 2 040 000 t/an pentru arealul
cu rezistenţă moderată la eroziune; 8 590 000 t/an pentru arealul cu rezistenţă slabă la eroziune).
9