Geomorfologie dinamica pluvio-fluviala. Teorie si aplicatii

PREFATA

Unele dintre cele mai periculoase hazarde sunt eroziunea hidrica pe versanti si inundatiile, datorita caracterului permanent, amplitudinii si frecventei ridicate. Eroziunea solului nu are urmari imediate, acestea sunt uneori imperceptibile cu valori nesemnificative. Actiunea permanenta, accelerata de activitatea antropica, face ca efectul eroziunii solului sa fie dezastruos, cu urmari grave in calitatea vietii, prin diminuarea resurselor agricole. In plus, eroziunea accelereaza procesele de albie indirect, prin transferul de sedimente in albiile de rau. Inundatiile sunt procese hidrogeomorfologice, amplitudinea lor fiind un raspuns si la gestionarea debitelor de catre relieful albiei fluviale. Iata de ce consideram ca lucrarea, prin conceptie, structura si continut se inscrie in problematica majora, teoretica si aplicata, a cercetarilor din Lumea de azi cu viziuni spre cea de maine, avand si din aceasta perspectiva un caracter prospectiv si de noutate.

Lucrarea pastreaza partial structura cartii „Geomorfologie dinamica” din 2003, din care am preluat materiale considerate a fi optime pentru obiectivul general al lucrarii, respectiv reliefarea rolului apei in crearea unor reliefuri cu implicatii directe sau indirecte in activitatea societatii contemporane si viitoare. Intregul material are amprenta cercetarilor recente in domeniu, atat prin completarile efectuate la textele mai vechi cat si prin continutul materialelor inedite.

Lucrarea are un profund caracter interdisciplinar. Problematica eroziunii solului nu poate fi inteleasa fara o buna cunoastere in domeniile geologiei, pedologiei, morfologiei versantului, biogeografiei, iar aspectele legate de dinamica albiei de rau, ale bazinului hidrografic, fara o cunoastere si in domeniile climatologiei si hidrologiei. Matematizarea si computerizarea fac din lucrare un instrument de lucru util si de actualitate.

Documentarea si formarea mea in domeniul geomorfologiei dinamice ca specialist s-au realizat treptat, incepand cu stagiul doctoral, cu activitatea ca profesor universitar, dublate de activitatea in cadrul unor colective de specialisti din tara si strainatate, cu care am colaborat 1) la proiecte de cercetare ca director (CEMAGREF Lyon, CEMAGREF Grenoble, Universitatea din Pisa, Centrul experimental Draix), coautor (Universitatea Paris VII director Liliana Zaharia);2) schimburi de experienta in acorduri interuniversitare, simpozioane de specialitate, comisii de doctorat etc. la universitatile: Roma3, Palermo, Bari, Milano, Sapienza, Camerino, Cagliari, Modena, Atena, Salonic, Patras, Ostrava, Slovacia, Ungaria, Slovenia, Polonia, Bulgaria, Cartagina, Monastir, La Manouba, Sfax, Constantine, Msila, Tlemcen, Lausanne, Chambery, Chamonix, Lille, Rennes, Reims, Marne la Valee, Paris XII, Paris Sorbonne, Paris VII, Paris X, Zaragoza, Alicante, toate simpozioanele nationale de geomorfologie, simpozioane internationale de geomorfologie, de climatologie, de geologie; 3) in universitati si institute de cercetare din Romania (Universitatea din Bucuresti, Universitatea din Cluj-Napoca, Universitatea din Iasi, Academia Romana, Institutul de Geografie, INHGA, ANC, ICPA, etc.). Prin urmare, sincere multumiri tuturor colegilor din institutele mentionate, cu care am avut in permanenta schimburi de idei pe teme dezbatute in lucrarea de fata, sau am colaborat la scrierea unor articole, in colective de studiu ale contractelor de cercetare.

Alese ganduri si multumiri Domnilor Profesori: Gr. Posea, N. Josan, V. Surdeanu, V. Garbacea, D. Petrea, I. Irimus, Dan Balteanu, I. Zavoianu, Liliana Zaharia, N. Florea, Octavia Bogdan, Maria Sandu, Maria Radoane, P. Urdea, M. Voiculescu, S. Boengiu, M. Grigore, Maria Patroescu, Laura Comanescu, A. Nedelea, M. Ene, Ileana Patru-Stupariu, Liliana Dumitrache, Iuliana Armas, Gh. Visan, B. Mihai, T. Demeter, Mihaela Verga, Gabriela Osaci, Andreea Andra, S. Dragomirescu, precum si tuturor colegilor mai tineri de la Facultatea de Geografie din Bucuresti, doctoranzilor si colaboratorilor de la centrul de cercetare Degradarea Terenurilor si Dinamica Geomorfologica, Statiunea Geografica Orsova, Filiala Drobeta Turnu Severin. Multumesc colegilor pentru sprijinul in pregatirea manuscrisului sau/si pentru referatele de specialitate, pentru colaborarile la contracte de cercetare sau elaborarea unor articole: Gabriela Ioana-Toroimac, Iulian Sandulache, Robert Dobre, Ionut Savulescu, Mircea Visan, Florina Tatu, Sorin Carablaisa, Cristina Ghita, Mirela Cristea, Madalina Teodor, Stefania Grigorie si multi altii. Nu in ultimul rand multumesc generatiilor de studenti, fostilor si actualilor doctoranzi, cu care am avut in permanenta un schimb alert si pertinent de idei, contribuind astfel la justa selectie a materialului de care au nevoie in instruirea si educatia lor, material care constituie suportul acestei carti, depasind limitele unui curs universitar. Multumesc colectivului Editurii Universitare pentru editare si tiparire. Evident ca lista ar putea continua. Este un adevar, care stipuleaza ideea ca ne sprijinim, in devenirea noastra ca specialisti, pe „umerii altora”. Ii asigur pe toti de sincerele mele ganduri si gratitudine.

Nutrim speranta ca lucrarea de fata va fi utila nu numai studentilor, ci si tuturor care lucreaza in domenii variate ale existentei umane, care au ca scop asigurarea unor conditii de mediu optime pentru dezvoltarea durabila a societatii.

Prof. univ. dr. Florina Grecu

Departamentul de Geomorfologie, Pedologie, Geomatica,

Facultatea de Geografie, Universitatea din Bucuresti

10 februarie 2018

CUPRINS

PREFATA 5

INTRODUCERE 13

PARTEA INTAI. GEOMORFOLOGIE PLUVIALA – ORGANIZAREA SCURGERII PE VERSANT

CAPITOLUL I. SEMNIFICATIA CLIMEI IN DINAMICA PLUVIO-FLUVIALA A RELIEFULUI 19
1.1. Actiune sinergica si cauzala 19
1.2. Raspunsul raului la caracteristicile vremii 20
1.3. Precipitatiile si susceptibilitatea la hazarde hidrogeomorfologice (Indicele Angot) 29

CAPITOLUL 2. CARACTERISTICI ALE ROCILOR SEMNIFICATIVE PENTRU MORFODINAMICA 35
2.1. Parametrii fizici de stare 35
2.1.1. Umiditatea 36
2.1.2. Porozitatea 36
2.1.3. Forta de coeziune 37
2.1.4. Unghiul de frecare interna 38
2.1.5. Plasticitatea 38
2.1.6. Sensitivitatea 39
2.1.7. Tixotropia 39
2.1.8. Permeabilitatea 41
2.2. Particularitati chimice 42
2.3. Procese hipergenetice (Stadiul de pregatire a rocii) 45
2.3.1. Procese fizico-mecanice 45
2.3.2. Procese chimice 48
2.3.2.1. Factorii hipergenezei chimice 38
2.3.3 Alterarea – principalul proces hipergenetic chimic 52
2.3.3.1. Alterarea subaeriana 52
2.3.3.2. Alterarea subacvatica 55
2.3.3.3. Alterarea chimico-biotica 55
2.4. Procese biotice 56
2.5. Scoarta de alterare 61
2.6. Granulometria depozitelor aluvionare 66
2.6.1. Granulometria 66
2.6.1.1. Notiunea de granulometrie 66
2.6.1.2. Teoria „stratului activ” 67
2.6.2. Selectarea sitului 68
2.6.3. Esantionarea 70
2.6.3.1. Orientari metodice 70
2.6.3.2. Esantionarea depozitelor de albie 70
2.7. Analiza depozitelor sedimentare 72
2.7.1. Distributia pietrisurilor in stratele sedimentare 73
2.7.2. Analiza granulometrica a nisipurilor prin cernere 79
2.7.3. Analiza morfometrica a pietrisurilor (uzura pietrisurilor) 85
2.8. Studiu de caz: Analiza granulometrica a pietrisurilor din albia Slanicului de Buzau (Florina Grecu, Laura Comanescu) 91
2.8.1. Rezultate obtinute 91
2.8.2. Concluzii 97
2.9. Rezistenta la eroziune 100

CAPITOLUL 3. EROZIUNEA HIDRICA PE VERSANTI 103
3.1. Eroziunea hidrica neconcentrata pe versanti 104
3.1.1. Eroziunea prin picatura de ploaie 105
3.1.1.1. Caracteristicile picaturii de ploaie 107
3.1.1.2. Denudarea datorata ploii 108
3.1.2. Eroziunea prin curenti peliculari 111
3.1.3. Factorii care influenteaza eroziunea 115
3.1.3.1. Morfografia si morfometria versantului 115
3.1.3.2. Agresivitatea pluviala 118
3.1.3.3. Expozitia versantului 120
3.1.3.4. Vegetatia 120
3.1.3.5. Proprietatile fizico-chimice si biologice ale solului 124
3.1.4. Masuri si lucrari de combatere a eroziunii in suprafata 124
3.1.4.1. Organizarea antierozionala 126
3.1.4.2. Lucrari simple si amenajari antierozionale 127
3.2. Eroziunea prin curenti concentrati (eroziune torentiala) 132
3.2.1. Procese elementare ale aparitiei eroziunii torentiale – ravinatia 132
3.2.2. Clasificarea formatiunilor de eroziune in adancime 134
3.2.3. Organismul (sistemul) torential 135
3.2.3.1. Notiunea de torent si functiile sale 135
3.2.3.2. Depozitele din conurile aluviale 137
3.2.4. Masuri si lucrari de combatere a eroziunii in adancime 139
3.2.4.1. Lucrari pentru limitarea eroziunii regresive (amenajarea varfului ravenei) 139
3.2.4.2. Lucrari pentru diminuarea eroziunii laterale 140
3.2.4.3. Lucrari pentru diminuarea eroziunii din patul albiei 141
3.2.4.4. Lucrari pentru diminuarea eroziunii din conurile de acumulare 143
3.3. Riscul erozional 143
3.4. Modelarea eroziunii solului si estimarea cantitativa (Grecu Florina, Alexandru Raluca) 149
3.4.1. Ecuatia Universala a Eroziunii Solului (USLE – Universal Soil Loss Equation) si variante ale evolutiei conceptiei 149
3.4.2. Aplicatii la bazine hidrografice din unitati de podis 155
3.4.3. Scurgerea de suprafata, directa, determinata de precipitatii 172
3.5. Formarea canalelor de scurgere pe versanti si a retelei hidrografice 176

PARTEA A DOUA. BAZINUL MORFOHIDROGRAFIC

CAPITOLUL 4. BAZINUL MORFOHIDROGRAFIC 181
4.1. Elemente de geomorfometrie dinamica 181
4.1.1. Semnificatia geomorfometriei 181
4.2. Modele de analiza geomorfometrica 183
4.2.1. Ordinul segmentelor de rau in sistem Horton-Strahler 183
4.2.2. Modelul geomorfometric al drenajului 183
4.2.3. Modelul geomorfometric al suprafetelor 185
4.2.4. Modelul geomorfometric al perimetrelor 191
4.2.5. Modelele geomorfometrice ale pantelor 194
4.3. Corelatii 197
4.3.1. Corelatia dintre suprafete si perimetre 197
4.3.2. Corelatia intre suma suprafetelor si suma perimetrelor 198
4.3.3. Corelatia intre suprafetele medii si perimetrele medii 199
4.4. Indicele de realizare a bazinelor pentru ordinul de marime, lungimi, suprafete si perimetre 201
4.4.1. Ordinul de marime a bazinelor (numarul segmentelor de rau) 203
4.4.2. Indicele de realizare a lungimilor 206
4.4.3. Indicele de realizare a perimetrelor 209
4.4.4. Indicele de realizare a suprafetelor 210
4.4.5. Sinteza datelor si concluzii 217
4.5. Bazinul morfohidrografic ca entitate teritoriala 220
4.5.1. Conceptia spatiala 220
4.5.2. Conceptia functional-sistemica 221
4.5.3. General si particular in definirea bazinului morfohidrografic 223
4.5.4. Valorificarea analizei morfometrice a retelei de drenaj pentru explicatii genetico-evolutive (Sectorul Central al Campiei Romane) 229
4.5.5. Concluzii 233
4.6. Aplicatie statistica – bazinului Calvei 233
4.6.1. Analiza statistica a datelor densitatii fragmentarii reliefului 233
4.6.2. Corelatia intre densitatea si adancimea fragmentarii reliefului 238
4.7. Parametri morfometrici si morfografici ai bazinului morfohidrografic (Laura Comanescu) 241
4.7.1. Dimensiuni de lungime 243
4.7.2. Dimensiuni de suprafata 244
4.7.3. Parametri care includ dimensiuni de lungime si suprafata 245
4.7.4. Parametrii care includ diferente de nivel 247
4.7.5. Parametrii rezultati din diferente de nivel si lungimi sau suprafete 248
4.8. Metoda curbelor hipsometrice procentuale. Rata medie de denudare globala 252

PARTEA A TREIA. GEOMORFOLOGIE FLUVIALA

CAPITOLUL 5. DINAMICA ALBIILOR DE RAU 259
5.1. Definirea albiei si vaii 259
5.2. Procese si forme de relief in albiile fluviale – abordare globala 261
5.3. Apa – fluid newtonian vascos 282
5.4. Starea curgerii 282
5.5. Debitul raurilor si dinamica albiilor 286
5.6. Teoria regimului apei si semnificatia morfogena 293
5.7. Debitul modal 297
5.8. Viteza critica de eroziune 298
5.9. Morfologia albiilor 299
5.9.1. Clasificarea/tipizarea albiilor de rau dupa caracteristici morfografice si morfometrice 299
5.10. Clasificarea albiilor de rau dupa caracterul stabil (gradul de stabilitate) 304
5.11. Transportul (miscarea) particulelor 305
5.12. Morfodinamica in sectiune si in plan a albiei fluviale 306
5.12.1. Modelarea albiilor cu pat rezistent 307
5.12.2. Modelarea albiilor aluvionate 307
5.12.3 Albiile rectilinii 308
5.12.4. Albiile de rau meandrate 308
5.12.5. Raurile cu albii impletite si anastomozate 320
5.13. Transferul de sedimente de pe versanti in rauri 323
5.14. Analiza albiei de rau – aplicatii 328
5.14.1. Stilul fluvial 328
5.14.2. Tipuri de retele hidrogeomorfologice 332
5.14.2.1. Criteriul morfografic 332
5.14.2.2. Criteriul morfometric – genetic 333
5.14.3. Intuirea riscului hidrogeomorfologic prin cercetarea in teren pe vaile transcarpatice Buzau si Dunare 336
5.15. Concluzii 346

CAPITOLUL 6. PROCESE SI FORME DE ACUMULARE 347
6.1. Acumularea – depozitele aluviale 347
6.1.1. Caractere generale 347
6.1.2. Aluviunile din albia minora 349
6.1.3. Aluviunile din albia majora 353
6.1.4. Aluviunile din campiile de nivel de baza 355
6.2. Forme de relief 355
6.2.1. Ostroavele/insulele fluviale – forme de acumulare 355
6.2.2. Clasificarea ostroavelor 356
6.2.3. Morfometria ostroavelor din albia Dunarii (sectorul Giurgiu-Calarasi) (Stefania Grigorie) 358

PARTEA A PATRA. EVOLUTIE SI APLICATII

CAPITOLUL 7. TERASELE FLUVIALE, EXPRESIA SINTETICA A DINAMICII ALBIILOR 365
7.1. Morfologie si geneza 365
7.2. Cauzele generale ale formarii teraselor 367
7.3. Elemente morfometrice, tipuri de terase 373
7.4. Terasele raului Cerna aval de Baile Herculane (Autor: Iulian Sandulache) 374
7.4.1. Analiza teraselor 374
7.4.2. Concluzii 384
7.4.3. Bibliografie 386

CAPITOLUL 8. PRESIUNI ANTROPICE SI IMPACTUL LOR ASUPRA ALBIILOR DE RAU
Autor: Gabriela Ioana-Toroimac 387
8.1. Introducere 387
8.2. Categorii de impact a presiunilor antropice asupra raurilor 387
8.2.1. Modificari majore ale albiilor de rau prin constructia barajelor 388
8.2.2. Intreruperea conectivitatii laterale prin indiguire 391
8.2.3. Efecte ale exploatarii de nisipuri si pietrisuri 393
8.3. Transformarile albiilor dupa reducerea presiunilor antropice 394
8.3.1. Renuntarea la baraje si consecintele geomorfologice 395
8.3.2. „Mai mult spatiu pentru rauri” 397
8.3.3. Implementarea viziunii ecologice in amenajarea raurilor din Romania 398
8.4. Concluzii 399
8.5. Bibliografie 400

CAPITOLUL 9. EVOLUTIA RETELEI HIDROGRAFICE 405
9.1. Factori de influenta 405
9.2. Captarile fluviale 405
9.3. Epigeneza si antecedenta 408
9.4. Probleme ale formarii si evolutiei retelei hidrografice din depresiunea Transilvaniei 411
9.4.1. Factorii care au influentat formarea si evolutia retelei hidrografice 411
9.4.2. Formarea bazinelor hidrografice 413
9.4.3. Etape ale evolutiei retelei hidrografice 425
9.4.4. Bibliografie selectiva 429

CAPITOLUL 10. REGIONAREA GEOMORFOLOGICA A PODISULUI SI BAZINULUI HARTIBACIULUI 431
10.1. Semnificatia regionarii unitatilor de podis si de bazin 431
10.2. Relieful podisului Hartibaciu – criteriu de regionare 432
10.3. Regionarea geomorfologica a Posisului Hartibaciu 433
10.3.1. Podisul Hartibaciului de Nord 433
10.3.2. Podisul Hartibaciului de Sud 436
10.4. Bibliografie 437

BIBLIOGRAFIE GENERALA 439

INDEX SI SIMBOLURI 461

DYNAMIC RAINFALL AND FLUVIAL GEOMORPHOLOGY. Theory and practics 475

CONTENTS 475