ORDIN   Nr. 976 din 21 august 2008

privind aprobarea Metodologiei pentru determinarea bazinelor hidrografice cu caracter torential in care se afla asezari umane expuse pericolului viiturilor rapide

ACT EMIS DE: MINISTERUL MEDIULUI SI DEZVOLTARII DURABILE

ACT PUBLICAT IN: MONITORUL OFICIAL  NR. 647 din 11 septembrie 2008

Având în vedere prevederile art. 110 teza I din Legea apelor nr. 107/1996, cu modificările şi completările ulterioare, ale Ordonanţei de urgenţă a Guvernului nr. 21/2004 privind Sistemul Naţional de Management al Situaţiilor de Urgenţă, aprobată cu modificări şi completări prin Legea nr. 15/2005, precum şi ale Ordinului ministrului mediului şi dezvoltării durabile nr. 326/2007 privind aprobarea Metodologiei pentru delimitarea albiilor minore ale cursurilor de apă care aparţin domeniului public al statului,

luând în considerare Referatul de aprobare nr. 138.313/AA din 18 iunie 2008 al Direcţiei amenajarea bazinelor hidrografice,

în temeiul art. 5 alin. (7) din Hotărârea Guvernului nr. 368/2007 privind organizarea şi funcţionarea Ministerului Mediului şi Dezvoltării Durabile, cu modificările şi completările ulterioare,

ministrul mediului şi dezvoltării durabile emite prezentul ordin.

Art. 1. - Se aprobă Metodologia pentru determinarea bazinelor hidrografice cu caracter torenţial în care se află aşezări umane expuse pericolului viiturilor rapide, prevăzută în anexa care face parte integrantă din prezentul ordin.

Art. 2. - Direcţia amenajarea bazinelor hidrografice şi Direcţia managementul situaţiilor de urgenţă din cadrul Ministerului Mediului şi Dezvoltării Durabile urmăresc respectarea prevederilor prezentului ordin.

Art. 3. - Prezentul ordin se publică în Monitorul Oficial al României, Partea I.

Ministrul mediului şi dezvoltării durabile,

Attila Korodi

ANEXĂ

METODOLOGIE

pentru determinarea bazinelor hidrografice cu caracter torenţial în care se află aşezări umane expuse pericolului viiturilor rapide

1. Introducere

O viitură produsă de ploi torenţiale poate fi considerată rapidă atunci când sunt îndeplinite următoarele condiţii:

- suprafaţa bazinului de recepţie este cuprinsă între câţiva km2 şi 200 km2;

- timpul de concentrare este mai mic de 6 ore;

- durata ploii torenţiale este de maximum 3 ore, fiind de regulă mai mică decât timpul de concentrare al bazinului;

-  viitura este generată de o precipitaţie torenţială care depăşeşte 100 mm.

Formarea viiturilor rapide în bazinele mici este condiţionată de procesele care au loc pe versant şi pe formaţiunile torenţiale (ogaşe, ravene, torenţi), în timp ce producerea inundaţiilor în aval de secţiunile de închidere ale bazinelor mici este condiţionată nu numai de debitul maxim generat de o ploaie torenţială, ci şi de capacitatea locală de transport a albiei în zona localităţilor.

A. Elementele care favorizează producerea viiturilor rapide pot fi grupate în:

a) Caracteristici fizico-geografice ale bazinului şi reţelei hidrografice:

- suprafaţa bazinului;

- forma acestuia;

- panta versanţilor;

- panta râului principal;

- densitatea reţelei de drenaj;

- gradul de împădurire;

- utilizarea terenului;

- textura solului, respectiv geologia, în cazul în care roca este la zi;

- capacitatea de înmagazinare a coloanei de sol.

Unele dintre aceste caracteristici pot face obiectul unor layere (straturi tematice) GIS1), altele pot fi calculate cu ajutorul funcţiilor GIS. Utilizarea GIS este indispensabilă pentru definirea sau calculul elementelor primare care intervin în diversele relaţii sau modele matematice pentru obţinerea debitelor maxime ori a hidrografelor de viitură.

Caracteristicile fizico-geografice influenţează:

1.  mărimea scurgerii de suprafaţă (funcţia de producţie);

2.  viteza de concentrare a scurgerii în reţeaua hidrografică (funcţia de transfer);

3. deplasarea viiturii către aval (funcţia de propagare).

Funcţia de producţie este puternic dependentă de textura solului   şi   de   utilizarea  terenului   (inclusiv  de  gradul   de împădurire), care determină în ultimă instanţă capacitatea de înmagazinare a zonei nesaturate. Panta versanţilor şi a bazinului, forma acestuia, densitatea reţelei de drenaj, precum şi panta reţelei hidrografice influenţează funcţiile de transfer şi propagare.

1) Sisteme informatice geografice.

b) Factori agravanţi (naturali şi antropici)

1.  Naturali:

- Umiditatea iniţială a solului din bazin;

- Friabilitatea rocilor;

-  Existenţa formelor de eroziune în adâncime (ogaşe, ravene, torenţi).

2. Antropici:

-   lipsa măsurilor antierozionale şi de corectare a formaţiunilor torenţiale;

-   despăduriri excesive, combinate cu nerespectarea normelor silvice de tăiere sau de depozitare a deşeurilor lemnoase;

- practici agricole neadecvate;

-   realizarea de construcţii sau depozite în imediata vecinătate a malurilor.

Lipsa măsurilor antierozionale şi de amenajare a formaţiunilor torenţiale contribuie la creşterea torenţialităţii şi a transportului solid.

Despăduririle neraţionale şi practicile agricole neadecvate (arături în lungul liniei de cea mai mare pantă, lipsa terasărilor etc.) au ca efect creşterea coeficientului de scurgere, cu influenţe directe atât asupra volumului, cât şi asupra debitului maxim al viiturii, respectiv a transportului solid.

B. Producerea inundaţiilor în aval de secţiunile de închidere ale bazinelor mici este condiţionată nu numai de debitul maxim generat de o ploaie torenţială, ci şi de capacitatea de tranzit a albiei. In depresiunile intramontane sau la ieşirea din zona montană, acolo unde s-au dezvoltat aşezări omeneşti, panta râului este relativ redusă, ceea ce conduce la micşorarea vitezei de curgere în raport cu reţeaua hidrografică din amonte. Depunerea materialului solid în aceste zone conduce la înrăutăţirea condiţiilor de curgere şi la creşterea nivelurilor. Fenomenul este deosebit de puternic în perioadele de viitură, caracterizate prin debite mari şi transport târât important.

Evacuarea debitelor de viitură este, de asemenea, mult îngreunată în condiţiile în care în zona podurilor/podeţelor sub sau supratraversărilor capacitatea de transport a albiei este diminuată din cauza blocării curgerii cu material târât şi plutitori.

In amonte de aceste obstacole se creează un adevărat lac, al cărui nivel ajunge la un moment dat la cote periculoase. Creşterea nivelului din spatele obstacolului conduce la inundarea zonelor locuite din vecinătate; dacă barajul creat de plutitori cedează brusc, unda de inundaţie rezultată are un mare potenţial distructiv pentru zona din aval. Capacitatea de transport a râului este, de asemenea, diminuată în zona coturilor şi îngustărilor de secţiune sau în cazul acumulării de gheţuri.

Ca urmare, în cazul bazinelor mici în care există aşezări umane, menţinerea capacităţii de tranzit a albiei joacă un rol de maximă importanţă în prevenirea inundaţiilor în zonă. In acest sens, toate construcţiile realizate în imediata vecinătate a malului râurilor (gatere, grajduri şi anexe gospodăreşti, alte construcţii) sau materialele depozitate în aceste zone trebuie îndepărtate pentru a nu înrăutăţi condiţiile de curgere la ape mari.

De asemenea, un rol important în generarea inundaţiilor şi în producerea de distrugeri în zonele locuite îl are modul de exploatare a pădurilor. După anul 1990, interesul major îl prezintă lemnul masiv, în timp ce părţile secundare ale arborilor sunt abandonate pe versant sau chiar în albiile pâraielor. Aceste resturi sunt antrenate în timpul precipitaţiilor torenţiale şi se acumulează în secţiunile podurilor, ale îngustărilor de secţiune, sau formează depozite cu înălţimi de până la 5-10 m la confluenţe.

De asemenea, stocarea materialului lemnos recent exploatat şi netransportat din vecinătatea albiilor favorizează antrenarea lui în perioadele de viitură. Ajunşi în vale, aceşti copaci exercită un efect distructiv extrem de puternic în aval sau blochează împreună cu resturile de la exploatările forestiere secţiunile de curgere ale podurilor şi podeţelor.

Pentru identificarea bazinelor mici, susceptibile să genereze viituri rapide, se parcurg următoarele etape:

1. triere preliminară (cap. 2);

2. diagnoză prin metode simplificate (cap. 3);

3. detaliere diagnoză (facultativă) prin modelare matematică avansată (cap. 4).

2. Trierea preliminară a bazinelor susceptibile de a genera viituri rapide

2.1. Metoda coeficientului de scurgere

Se utilizează ca elemente de prelucrat în GIS următoarele hărţi în format digital:

a) zonarea precipitaţiei maxime orare cu probabilitatea de depăşire de 1%;

b) zonarea coeficientului global de scurgere a corespunzător ploii, cu probabilitatea de depăşire de 1%; coeficientul de scurgere a se determină în funcţie de acoperirea terenului şi de pantă, conform metodologiilor în vigoare (Mita, 1996; INMH, 1997).

Prin suprapunerea informaţiilor din cele două layere rezultă zonarea ploii orare nete cu probabilitatea de depăşire de 1% pe întreg teritoriul ţării. Această valoare introdusă într-o expresie simplificată a formulei reducţionale conduce la determinarea debitului maxim corespunzător. Simplificarea amintită anterior constă în aproximaţia:

         (2.1.1.)

unde:

F este suprafaţa bazinului hidrografic. Se recomandă ca această abordare să se limiteze la bazine cu o suprafaţă maximă de 100 km2.

Comparând debitul maxim generat de ploaia maximă orară cu probabilitatea de depăşire de 1% cu debitul maxim care poate fi transportat prin albie în zona localităţilor, se obţine o primă informaţie asupra bazinelor susceptibile de a genera viituri rapide cu efecte grave. Pentru aceste bazine urmează a se efectua, ulterior, analize detaliate, privind atât ploaia generatoare, cât şi formarea, respectiv propagarea viiturilor prin albie.

Fig. 1*). Bloc-diagrama metodei coeficientului de scurgere

Fig. 2*). Bloc-diagrama metodei fiziografice

2.2. Metoda fiziografică

Se utilizează ca elemente de prelucrat în GIS următoarele hărţi în format digital:

a) acoperirea (utilizarea) terenului;

b) zonarea tipurilor de sol.

In continuare, se parcurg următoarele etape:

1.  Prin suprapunerea informaţiilor din cele două layere şi prelucrări elementare se obţine harta digitală a indicelui CN (Curve Number) din modelul SCS.

Pentru clarificări referitoare la obţinerea indicelui CN se recomandă consultarea anexei nr. 1.

2.  Pentru un bazin dat, indexul global CN se obţine conform metodologiei cuprinse în anexa nr. 1 sau ca medie ponderată cu suprafaţele parţiale F_i, caracterizate de indicele CN_i.

3.  Se calculează capacitatea de înmagazinare S din relaţia:

S = 25.4  ( _1000  -10)                                   (2.2.1)

                     CN

4.   Pe baza acestor elemente se determină timpul de întârziere T_L (T-lag), definit ca timpul care trece între centrul intervalului ploii şi momentul în care se produce vârful viiturii, cu relaţia (US Department of Agriculture,1997):

        (2.2.2)

unde:

T_L - timpul de întârziere în ore;

L - lungimea albiei principale în m;

I_B - panta medie a bazinului în %.

Se menţionează că atât L, cât şi I_B se obţin pe baza de prelucrări GIS, utilizându-se hărţi la o scara adecvată.

5.  Se calculează timpul de concentrare (definit ca cel mai mare timp în care o picătură de apă care cade în bazin ajunge la ieşirea din acesta sau timpul care trece între sfârşitul ploii şi producerea punctului de infexiune pe curba descendentă a hidrografului) cu relaţia:

T_c =1.67 T_L                                                    (2.2.3)

6. Se identifică bazinele cu T_c =< 6 ore

7.  Bazinele astfel identificate pot fi suprapuse peste cele identificate în cadrul metodei precedente, reţinându-le pentru analize detaliate doar pe cele care se regăsesc în ambele metode.

Evident, şi această procedură are un caracter aproximativ, fiind utilizată pentru triere preliminară.

3. Diagnoza bazinelor susceptibile de a genera viituri rapide

3.1. Metoda estimării precipitaţiilor prag

Pentru bazinele reţinute la selectarea preliminară, în zona localităţilor se parcurg următorii paşi:

1. In lungul râului, în localitate, se stabilesc pe bază de măsurători hidrologice expediţionare chei limnimetrice, care se prelungesc prin procedeul hidraulic în zona debitelor maxime.

*) Figurile 1 şi 2 sunt reproduse în facsimil.

                                              __

2.  Pentru fiecare secţiune i (i=1,n) din cheile limnimetrice corespunzătoare se determină următoarele perechi de valori:

- (h _{m i}; Q _{m i})

- (h _{m i} + 1; Q_1i )

- (h _mi + 2; Q_2i)

- (h_mi + 5; Q_5i)

unde:

-  h_mi reprezintă cota absolută corespunzătoare poziţiei malurilor în secţiunea i; dacă malurile au cote diferite, se va considera valoarea minimă a celor două valori;

-  Q_mi reprezintă debitul de umplere al albiei minore din secţiunea i;

-  Q_1i, Q _2i, şi Q_5i reprezintă debitele corespunzătoare unorniveluri cu peste 1m, 2m şi 5m în raport cu cota malurilor (sau celui mai jos mal) din secţiunea curentă; se admite implicit că în zona localităţilor nu vor exista creşteri de nivel mai mari de 5 m în raport cu cota malurilor.

3.  Corespunzător debitelor

                 n                               n                             n

Q₁ = _1   SUM  Q_1i ;  Q₂ = 1   SUM Q_2i ; Q₅ =  1   SUM   Q_5i ,

         n     i=1                     n     i=1                   n    i=1

rezultă cotele h_1i, h_2i şi h_5i.

Fig. 3*). Bloc-diagrama metodei de estimare a precipitaţiilor prag

4.  Pe baza cotelor h_1i = h_i(Q₁), h_2i - h_i(Q₂) şi h_5i = h_i(Q₅) se delimitează zonele inundate corespunzătoare, având suprafeţele F₁, F₂ şi F₅.

5. In sfârşit, pe baza aceloraşi cote, din modelul numeric al terenului (determinat pe baza curbelor de nivel din hărţile existente) se obţine harta adâncimii apei din zonele inundate.

6.  Se recomandă să se facă şi o evaluare aproximativă a mărimii pagubelor în funcţie de adâncime (Oprişan, 2006).

7.   Corespunzător debitelor Q₁, Q₂ şi Q₅, utilizându-se modele simplificate (de exemplu, formula reducţională şi coeficientul de scurgere corespunzător ploii cu probabilitatea de depăşire de 1%), se determină ploaia orară care a generat aceste debite.

8.  Utilizându-se coeficienţi de trecere de la ploaia orară la alte durate se determină valori ale precipitaţiei, care, odată depăşite, pot conduce la viituri rapide. Aceste valori-prag, la care se adaugă valoarea precipitaţiei orare, vor fi folosite pentru alarmarea populaţiei şi autorităţilor în caz de precipitaţii torenţiale. Se recomandă ca valorile astfel obţinute ale precipitaţiilor să fie testate în cadrul unor modele cu parametri distribuiţi sau semidistribuiţi, pentru a evalua efectiv debitele generate.

Parcurgerea paşilor anteriori conduce la determinarea unei legături între debitele de inundabilitate Q₁, Q₂, respectiv Q₅, suprafaţa inundată, adâncimile corespunzătoare, pagube posibile şi mărimea precipitaţiilor-prag care generează aceste consecinţe.

3.2. Metoda genetică

Pentru bazinele reţinute la selectarea preliminară se parcurg următorii paşi:

1.  Se alege mărimea precipitaţiei generatoare de viituri rapide:

a) fixând anumite valori prestabilite, indiferent de localizarea bazinului pe teritoriul ţării, se propun următoarele valori-prag ale precipitaţiei P:

- 100 mm/30 de minute;

- 120 mm/1h;

- 140 mm/2h;

- 150 mm/3h;

b)  calculând doar pentru probabilitatea de depăşire de 1% precipitaţia maximă pentru următoarele durate: 30 minute; 1h; 2h şi 3h de la staţia meteo cea mai apropiată de bazinul examinat şi pe cât posibil de altitudine apropiată de altitudinea medie a bazinului.

2.  Intensitatea ploii se poate considera constantă în timp sau triunghiulară, cu maximul la 1/3, 1/2 sau 2/3 din durata totală a ploii.

*) Figura 3 este reprodusă în facsimil.

3. Se stabileşte coeficientul de scurgere al bazinului în una dintre următoarele două variante:

Fig. 4*). Bloc-diagrama metodei genetice

a)  utilizându-se modelul SCS (a se vedea anexa nr. 1), cu ajutorul căruia se determină:

- indexul CN, în funcţie de acoperirea terenului şi de tipul de sol;

- capacitatea de înmagazinare S;

- coeficientul de scurgere cu relaţia:

α =  _ (P-0.2S)2__     ;

         P(P + 0.8S)

b)  utilizându-se prelucrările INHGA pentru coeficientul de scurgere corespunzător ploii cu probabilitatea de depăşire de 1% (Mita, 1996).

4.  Cu aceste date se va obţine debitul maxim, utilizându-se formula reducţională (INMH, 1997), respectiv hidrograful de debit cu ajutorul hidrografului unitar, folosindu-se parametri regionalizaţi (Diaconu şi Şerban, 1994).

5.  In lungul râului, în localitate, se stabilesc pe bază de măsurători hidrologice expediţionare chei limnimetrice, care se prelungesc prin procedeul hidraulic în zona debitelor maxime.

6.  Pentru debitele maxime obţinute la pct. 3 se determină cotele corespunzătoare, iar din modelul numeric al terenului (determinat pe baza curbelor de nivel din hărţile existente), suprafeţele inundate şi adâncimea; se poate face şi o evaluare aproximativă a valorii pagubelor în funcţie de adâncime (Oprişan, 2006). Pe harta digitală, în zona localităţilor, se va marca extinderea acestora, precum şi regimul adâncimilor (sub 1m, între 1-2 m, peste 2 m).

Parcurgerea paşilor anteriori conduce la determinarea unei legături între valorile-prag ale precipitaţiilor sau valorile calculate ale acestora pentru probabilitatea de depăşire de 1% şi debitele de inundabilitate, suprafaţa inundată, adâncimile corespunzătoare, la care se adaugă eventual pagubele posibile.

4. Metoda de detaliere a diagnozei

Această etapă nu este obligatorie, urmând a fi aplicată acolo unde mărimea consecinţelor anticipate (pagube materiale, pierderi de vieţi omeneşti) este considerată importantă.

Se parcurg următorii paşi:

1. Se stabilesc caracteristicile ploii generatoare de viituri rapide în următoarele ipoteze:

- probabilitatea de depăşire a ploii de calcul: p_i = 5%; 2%; 1% şi 0,5%;

- durata ploii de calcul D_k = 30'; 1h; 2h şi 3h.

Se obţine:

- stratul precipitat h_i,k, cu probabilitatea de depăşire p_i şi durata D_k (anexa nr. 2)

- hietograma ploii de calcul (anexa nr. 3)

*) Figura 4 este reprodusă în facsimil.

Fig. 5*). Bloc-diagrama metodei de detaliere a diagnozei

2. Se efectuează rulări pentru evaluarea reacţiei bazinului.

3.  In zona localităţii (localităţilor) din aval se efectuează calcule de propagare a viiturilor şi delimitare a zonelor inundabile în următoarele ipoteze:

-   viitura rapidă produsă de precipitaţia generatoare, conform ipotezelor prezentate la pct. 1;

- idem, în condiţiile micşorării secţiunii de curgere în diverse ipoteze, ca urmare a construcţiilor realizate în apropierea malurilor şi a depozitării de deşeuri lemnoase sau menajere;

- idem, în condiţiile blocării totale a secţiunii de curgere la poduri, podeţe, subtraversări sau supratraversări;

-  idem, în condiţiile cedării zonelor blocate; hidrograful obţinut la ieşirea din localitate va fi propagat aproximativ până la următoarea localitate din aval, unde se reiau calculele hidraulice.

4. Caracterizarea zonelor inundabile afectate de viituri rapide Deoarece evaluarea pagubelor din zonele inundate ridică probleme dificile, se consideră suficientă identificarea zonelor cu nivel ridicat de pericol, aşa cum este definită în metodologia pusă la punct (Loat and Petrascheck, 1997, Musy et al., 2000) pentru SFOWG (Swiss Federal Office of Water and Geology) şi prezentată în anexa nr. 4.

In cazul viiturilor rapide, cauzate de ploi torenţiale de scurtă durată, intensitatea ploii depăşeşte viteza de infiltraţie, iar stocajul în zona nesaturată este redus. Ca atare, în aplicarea metodologiei SFOWG, se poate admite fără a greşi prea mult că viitura are aceeaşi probabilitate de depăşire ca şi precipitaţia care o generează.

Având în vedere faptul că determinarea gradului de periculozitate al zonelor inundate presupune analize hidrologice şi hidraulice pentru un număr important de cazuri (probabilităţi de depăşire 1%; 5%; 2% şi 0,5%), într-o primă etapă se pot efectua rulări doar pentru viitura rapidă generată de precipitaţia cu probabilitatea de depăşire de 1%. Ca urmare, în loc de nivelul de periculozitate al zonelor inundate, se vor cartografia doar clasele de intensitate ale acestei viituri în zona inundată, oferind o imagine destul de concludentă asupra zonelor celor mai sensibile la viituri rapide.

5.  Parametri caracteristici ai scurgerii torenţiale

Drept parametri caracteristici ai scurgerilor torenţiale se consideră:

- coeficientul de scurgere α;

- coeficientul de torenţialitate al scurgerii lichide τ_I;

- torenţialitatea scurgerii solide τ_s;

- coeficientul de periculozitate al viiturii π.

5.1. Coeficientul de scurgere

Pentru bazine mici coeficientul de scurgere variază între 0,35-0,80, fiind în funcţie de panta bazinului (I_b%), de gradul de împădurire (C_p%), de textura solului (textura uşoară, medie sau grea), precum şi de valoarea API (Antecedent Precipitation Index), care reprezintă o măsură a influenţei precipitaţiilor produse în zilele anterioare. Valori mai mari de 0,8 ale coeficienţilor de scurgere sunt posibile pentru terenuri cu pante foarte mari sau cu valori ridicate ale API, care pot surveni după precipitaţii importante, anterioare ploii torenţiale, şi care conduc la saturarea stratului superior de sol sau în cazul unor roci impermeabile la zi.

Pentru detalii în legătură cu valorile coeficientului de scurgere în condiţiile României, se recomandă consultarea lucrărilor: Mita (1996); INMH (1997).

*) Figura 5 este reprodusă în facsimil.

5.2. Coeficientul de torenţialitate τ_I al scurgerii lichide

Coeficientul  τ_I  reprezintă raportul:

τ_{I =} α h_p1%    =    h _net1%                                                                                             (5.2.1)

      h _prag               h _prag 

unde:

-  α  este coeficientul de scurgere al viiturii în condiţii de umiditate medie a bazinului;

- h_p1%  este stratul precipitat cu probabilitatea de depăşire de 1%;

- h_prag reprezintă stratul scurs (ploaia netă) care conduce la formarea debitului de umplere a albiei minore (definit conform Ordinului ministrului mediului şi gospodăririi apelor nr. 326/2007 privind aprobarea Metodologiei pentru delimitarea albiilor minore ale cursurilor de apă care aparţin domeniului public al statului), în condiţii de umiditate medie a bazinului;

- mărimea lui h_prag se determină prin încercări.

Coeficientul τ_I reprezintă o măsură a gradului de depăşire a capacităţii de transport a albiei şi permite compararea bazinelor torenţiale, conducând la ierarhizarea acestora în ceea ce priveşte gradul de pericol pe care îl reprezintă pentru localităţile din aval.

5.3. Coeficientul de periculozitate π al viiturii

Coeficientul de periculozitate π al viiturii este direct proporţional cu Δh (diferenţa dintre nivelul maxim în râu şi nivelul anterior producerii viiturii) şi ΔQ (diferenţa dintre debitul maxim şi debitul anterior producerii viiturii), respectiv invers proporţional cu t_cr (timpul de creştere al viiturii, adică timpul în care se realizează saltul de debit ΔQ).

Ca urmare, în expresia lui  π  va interveni raportul

                Δh . ΔQ .

                   t_cr

Utilizându-se  pentru  normalizare valoarea  raportului 

 

corespunzător celei mai severe viituri rapide înregistrate, coeficientul de periculozitate a viiturii va avea expresia:

                                        (5.3.1)

Datorită faptului că în expresiile lui π se utilizează atât la numărător, cât şi la numitor aceleaşi mărimi, nu este necesară introducerea factorilor de transformare a unităţilor de măsură în vederea omogenizării acestora. Ca atare, variaţia debitului se va exprima în m3/s, creşterea de nivel în cm, iar timpul de creştere al viiturii în ore. Factorul 10 din faţa expresiei lui π are rolul de a extinde valoarea maximă de la 1 la 10.

Mărimile Δh, ΔQ şi t_cr se obţin prin modelare matematică, corespunzător precipitaţiei, cu probabilitatea de depăşire de 1%.

5.4. Coeficientul de torenţialitate τ_s al scurgerii solide

In funcţie de mărimea transportului solid, în micile bazine forestiere se disting următoarele clase de torenţialitate (Giurgiu şi Clinciu, 2006):

- cls. 1           0 - 0,5 t/ha an

- cls. 2       0,5-1,0 t/ha an

- cls. 3       1,0 -2,0 t/ha an

- cls. 4       2,0 -4,0 t/ha an

- cls. 5       4,0 -8,0 t/ha an

- cls. 6        8,0 -16 t/ha an   etc.

Pentru a caracteriza transportul solid al viiturilor rapide se va utiliza aceeaşi clasificare, dar referitoare strict la evenimentele extreme din bazin. Pe măsura acumulării de date privind transportul solid târât în perioadele de viitură, se va încerca o abordare statistică a acestuia sau cel puţin o corelare cu debitul maxim de viitură.

5.5. Caracterizarea potenţialului de generare a viiturilor rapide

Pentru caracterizarea complexă a potenţialului de generare a viiturilor rapide al unui bazin hidrografic se pot utiliza următoarele perechi de valori:

a)   (α, τ_s) = (coeficientul de scurgere 1% al bazinului; coeficientul de torenţialitate al scurgerii solide);

b)  (τ_I, τ_s) = (coeficientul de torenţialitate al scurgerii lichide; coeficientul de torenţialitate a scurgerii solide);

c)  (π,τ_s) = (coeficientul de periculozitate 1% al viiturilor rapide; coeficientul de torenţialitate al scurgerii solide).

In toate cazurile, precipitaţia declanşatoare corespunde ploii, cu probabilitatea de depăşire de 1%.

6. Recomandări finale

Zonele inundabile rezultate prin modelare matematică, în ciuda incertitudinii de care sunt afectate, trebuie afişate la primării în vederea conştientizării populaţiei asupra pericolului pe care îl reprezintă viiturile rapide.

De asemenea, pentru a avea o imagine reală asupra pericolului, limitele zonelor inundabile, aferente precipitaţiilor generatoare, cu probabilităţile de depăşire p%, trebuie asociate cu probabilitatea de depăşire corespunzătoare duratei de viaţă medii din zonă. Aceste valori se obţin cu relaţia:

R_n = 1-(1-p%)n                                                                    (6.1)

In tabelul 6.1 sunt calculate probabilităţile de depăşire R_n corespunzătoare unor intervale de 70, 80 şi 90 de ani.

Tabelul 6.1. Relaţia (p%, R_n)

p% (probabilitate anuală de depăşire)	T (perioada medie de repetare)	Rn (probabilitatea de depăşire pe interval)
		70 ani	80 ani	90 ani
0,5	200	29,6 %	33,0	36,3
1	100	50,5 %	55,2	59,5
2	50	75,7 %	80,1	83,8
5	20	97,2 %	98,3	99,0

Cu alte cuvinte, probabilitatea ca o persoană din zona rurală să facă faţă consecinţelor unei viituri rapide generate de o precipitaţie h_p% nu este deloc neglijabilă, depăşind, în multe cazuri, 50%. In contextul schimbărilor climatice, dar mai ales al modificărilor brutale din bazinele mici (despăduriri masive, eroziune accelerată), această valoare este probabil mai mare.

Anexele nr. 1-4 fac parte integrantă din prezenta metodologie.

ANEXA Nr. 1 la metodologie

PROCEDEU

pentru realizarea layerului GIS conţinând valorile CN

A.1.1. Grupe hidrologice de soluri

Grupele hidrologice de soluri sunt larg utilizate în Statele Unite ale Americii, ca factor de influenţă majoră a scurgerii în majoritatea modelelor hidrologice din această ţară.

Clasificarea solurilor a urmărit punerea în evidenţă a potenţialului de scurgere al acestora. In funcţie de textură (proporţia de argilă, praf şi nisip), solurile au fost clasificate în 4 grupe hidrologice: A, B, C, D. Grupa A cuprinde soluri cu textură grosieră, care au cel mai mic potenţial de scurgere, în timp ce solurile din clasa D au o textură fină (argiloasă), având potenţial de scurgere maxim, respectiv infiltraţie minimă.

Sistemul românesc de clasificare a texturii nu este identic cu cel din SUA, această clasificare find adaptată la condiţiile din România (Chendeş, 2007), utilizând clasele de textură practicate de ICPA. In tabelul A.1.1 sunt prezentate cele 4 grupe hidrologice de soluri şi texturile corespunzătoare.

Tabel A.1.1. -Adaptarea grupelor hidrologice de soluri la clasificarea românească a texturii

Grupa	Textura	Descriere
A	Nisipoasă Nisipoasă - nisipolutoasă Nisipoasă - lutonisipoasă Nisipolutoasă Nisipolutoasă - lutonisipoasă Lutonisipoasă	• prezintă un potenţial de scurgere mic şi rate mari de infiltraţie atunci când sunt complet umede; •formate pe roci permeabile, include soluri uşoare cu textură grosieră, soluri profunde, soluri bine şi chiar excesiv drenate, nisipuri sau pietrişuri care au o rată mare de transmisie a apei.
B	Nisipoasă - lutoasă Nisipolutoasă - lutoasă Lutonisipoasă - lutoasă Lutoasă Textură variată	• prezintă un potenţial de scurgere apropiat de mediu; • rată de infiltraţie medie atunci când sunt complet umede; • includ soluri cu o textură medie (moderat fină spre moderat grosieră), profunde sau cu adâncimi medii, soluri bine drenate.
C	Nisipolutoasă - lutoargiloasă Lutonisipoasă - lutoargiloasă Lutonisipoasă - argiloasă Lutoasă - lutoargiloasă	• au potenţial de scurgere puţin peste medie; • au o rată de infiltraţie mică atunci când sunt complet umede; • constau  în   soluri   cu   un   strat  care  împiedică   mişcarea descendentă a apei pe profil şi soluri cu o structură moderat fină spre fină.
D	Lutoasă - argiloasă Lutoargiloasă Lutoargiloasă - argiloasă Argiloasă	• au cel mai mare potenţial de scurgere şi o rată de infiltraţie foarte mică atunci când sunt complet umede; • sunt formate în primul rând din soluri argiloase, cu textură grea, cu un mare potenţial de gonflare, soluri cu un nivel al apei freatice ridicat în permanenţă, soluri care au un orizont iluvial mai dezvoltat (un strat compact care are un conţinut în argilă mult mai ridicat decât orizonturile superioare ale profilului de sol) sau soluri care prezintă chiar un strat argilos la suprafaţă ori în apropiere. De asemenea, includ şi solurile puţin adânci situate peste un material aproape impermeabil.

A. 1.2. Indexul „Curve Number"

CN (Curve Number) reprezintă un index adimensional, care poate lua valori cuprinse între 0 şi 100. CN depinde atât de utilizarea terenului, cât şi de grupa hidrologică a solului şi reflectă potenţialul de scurgere a apei pe diferite terenuri. Valorile CN variază direct proporţional cu potenţialul de scurgere şi invers proporţional cu coeficientul de infiltraţie, având valori maxime pentru clasa de soluri D sau pentru spaţiile urbane, impermeabilizate. Clasificarea şi atribuirea de valori indexului CN au fost adaptate şi realizate (Chendeş, 2007) atât pe baza manualelor USDA, cât şi a altor clasificări existente în literatura internaţională (Hong, Adler, 2007; Hong et al., 2007). Pentru stabilirea valorilor specifice României s-a utilizat stratul tematic „Corine Land Cover 2000", realizat de către INCD „Delta Dunării" Tulcea.

Tabel A.1.2.*) - Valorile coeficientului CN

Utilizarea terenului		Valoarea CN pentru grupele hidrologice de soluri
Cod	Denumire	A	B	C	D
1	Zone urbane continue	85	89	92	98
2	Zone urbane discontinue	77	85	90	95
3	Unităţi industriale sau comerciale	81	88	91	93
4	Reţele de transport şi spaţii asociate	83	89	92	93
5	Aeroporturile	80	85	88	93
6	Zone de extracţie a minereurilor	80	85	88	93
7	Gropi de gunoi sau halde	80	85	88	93
8	Zone în construcţie	80	85	88	93
9	Spaţii verzi urbane	48	66	76	82
10	Facilităţi pentru recreere şi sport	51	68	79	84
11	Terenuri arabile neirigate	67	78	85	89
12	Terenuri arabile irigate permanent	67	78	85	89
13	Orezarii	67	78	85	89
14	Vită de vie	46	67	78	83
15	Livezi	43	65	76	82
16	Păşuni	49	69	79	84
17	Agricultură complexă	67	78	85	89
18	Terenuri agricole, cu o importanţă pondere a vegetaţiei naturale	52	69	79	84
19	Terenuri agro-forestiere	52	69	79	84
20	Păduri de foioase	42	66	79	85
21	Păduri de conifere	34	60	73	79
22	Păduri de amestec	38	62	75	81
23	Fânete naturale	49	69	79	84
24	Tufişuri şi arbuşti subalpini	49	69	79	84
25	Areale de tranziţie pădure - tufişuri (arbuşti)	45	60	73	78
26	Plaje, dune, grinduri	63	77	85	88
27	Roca la zi	77	86	91	94
28	Zone cu vegetaţie dispersată	72	82	83	87
29	Turbării	30	58	71	78
30	Cursuri de apă şi lacuri	-	-	-	-

A.1.3. Realizarea layerului CN „Curve Number" (Chendeş, 2007)

1.  Se creează pentru Corine Land Cover un câmp care conţine codurile din tabelul valorilor CN (tabelul A.1.2).

2.   Următorul pas constă în reuniunea acestuia (Union Features) cu layerul solurilor, care conţine deja un câmp de atribute pentru grupele hidrologice; se obţine astfel o nouă temă de tip poligon, segmentată la intersecţia elementelor celor două teme. Fiecare nou poligon caracterizează o anumită utilizare a terenului şi un anumit tip de sol.

3. Pe baza celor două coduri (utilizare teren şi grupa de sol) se creează un nou cod care identifică o combinaţie unică de utilizare teren/tip de sol („cod utilizare"_ „cod grupă sol").

4. In MS Excel se creează un fişier *.dbf care conţine acelaşi cod şi valoarea CN corespunzătoare.

5. In final, tabelul temei GIS rezultate din reuniune (paşii 2 şi 3), precum şi tabelul Excel (pasul 4) sunt legate (Joint), realizându-se astfel harta valorilor CN, de tip vector.

6.  Layerul CN de tip vector este transformat într-un layer de tip grid, ceea ce permite calculul mai uşor al valorilor medii CN la nivel de bazine hidrografice mici.

*) Tabelul A.1.2. este reprodus în facsimil.

ANEXA Nr. 2 la metodologie

CALCULUL

stratului precipitat h_{i, k} cu probabilitatea de depăşire p_i şi durata D_k

Calculul se poate efectua:

A.2.1. Utilizându-se probabilităţi spaţiotemporale de depăşire şi studii de regionalizare

Diaconu şi Şerban (1994), pe baza probabilităţii spaţiotemporale de depăşire, precum şi a studiilor de regionalizare, au determinat precipitaţiile cu diverse probabilităţi de depăşire în bazine cu suprafeţe de 10, 100 şi 1.000 km2, pentru durate cuprinse între 15 minute şi 6 ore (tabelul 3.37, p. 251-252). Pentru valori intermediare(probabilităţi, suprafeţe sau durate), precipitaţia maximă se poate obţine prin interpolare neliniară.

Valorile respective trebuie considerate, totuşi, cu anumite rezerve, datorită scării de investigare care nu a permis o evaluare detaliată a unor aspecte locale, ca, de exemplu, influenţa orografiei, variaţia precipitaţiilor maxime cu altitudinea, precum şi efectul de foehn. Cu cât bazinul este mai mic, cu atât influenţa factorilor locali poate fi mai puternică; tocmai această influenţă nu poate fi reliefată într-o hartă la nivelul întregii ţări.

De asemenea, este de dorit utilizarea unor informaţii reactualizate, pe măsură ce datele recente sunt prelucrate de INHGA in cadrul aceleiaşi metodologii.

A.2.2. Pe bază de calcule statistice pentru zone omogene

Stratul precipitat cu probabilitatea de depăşire p% poate fi obţinut şi direct pe bază de calcule statistice, utilizându-se şi precipitaţiile recent înregistrate. Având în vedere densitatea relativ redusă a staţiilor meteo, precum şi faptul că au existat situaţii în care, deşi pe un râu s-au produs viituri torenţiale, la staţia cea mai apropiată nu s-au înregistrat precipitaţii sau acestea au avut valori modeste, este necesară o analiză spaţială a precipitaţiilor, care să acopere un spaţiu mult mai mare decât suprafaţa bazinului analizat.

In acest scop, va fi identificată o zonă omogenă în caresă se încadreze bazinul. Pentru aceasta, la fiecare staţie j = 1,n din cele n statii luate în considerare se calculează valoarea medie h_i,j = _1,n şi abaterea medie pătratică δj,j = _1,n a precipitaţiilor zilnice maxime anuale pentru anii cu înregistrări disponibile. Vor face parte din aceeaşi zonă omogenă staţiile caracterizate prin valori apropiate (abateri de maximum 10%-15%) ale parametrilor h _j,j =  _1,n şi δ _j,j = _1,n faţă de caracteristicile similare ale staţiei (grupului de staţii) reprezentative pentru bazinul studiat.

Alegerea staţiilor care sunt propuse pentru analiză trebuie să facă obiectul unui studiu atent privind geneza precipitaţiilor, care trebuie să fie similară. Se vor avea în vedere criterii precum: sensul de mişcare a maselor de aer încărcate cu vapori, altitudinea, orientarea versantilor şi a văilor, efectul de foehn etc.

După determinarea zonei omogene din punctul de vedere al precipitaţiilor extreme, urmează determinarea ploii de durată D_k,k = _1,K   unde K reprezintă numărul de durate luate în considerare.

Metodologia de calcul este următoarea:

A.2.2.1. In cazul în care se dispune de înregistrări continue la staţii

1. Dacă perioada cu date comune din măsurători la staţii este relevantă din punct de vedere statistic, la fiecare dintre staţiile j situate în bazin sau limitrofe bazinului se vor determina pentru fiecare an valorile precipitaţiilor maxime anuale corespunzând fiecăreia dintre duratele δ = D_k,k = _1,K.

In continuare, pentru fiecare durată δ se va constitui un şir format din valorile maxime anuale ale ploii pe spaţiul considerat pentru perioada comună de măsurători şi care va fi analizat statistic. Acest şir poate fi obţinut în două variante:

a) considerându-se valorile maxime anuale ale precipitaţiilor de durată δ ale tuturor staţiilor; în şir va exista în acest fel un număr de termeni egal cu produsul dintre numărul de ani analizaţi şi numărul staţiilor;

b)  considerându-se pentru fiecare an valoarea maximă spaţială a ploii de durată δ; în acest caz, în şir va exista un număr de termeni egal cu numărul de ani al perioadei de date comune pentru toate staţiile. Această abordare se justifică prin faptul că staţiile sunt situate într-o arie aproximativ omogenă, fiecare staţie putând înregistra evenimentul maxim spaţial anual.

Şirul astfel obţinut este supus unei analize statistice obişnuite, utilizându-se repartiţiile Pearson III sau Kriţki-Menkel; ca rezultat se obţin precipitaţiile de durată D_{k,k = 1,K}, corespunzând probabilităţilor de depăşire p%.

2.  In cazurile în care perioada comună de măsurători ale precipitaţiilor la staţii este redusă, se va determina pentru fiecare staţie j valoarea medie şi abaterea medie pătratică ale şirului precipitaţiilor maxime anuale de durată δ; coeficientul de asimetrie se va considera în funcţie de coeficientul de variaţie. In continuare, se consideră media ponderată (cu numărul de ani) a acestor parametri statistici şi apoi se determină precipitaţia maximă cu probabilitatea de depăşire p%.

A.2.2.2. In cazul în care nu se dispune decât de precipitaţii zilnice la staţii

1.  Se aplică unul dintre algoritmii prezentaţi anterior, în funcţie de situaţia în care se încadrează şirul de date de bază. Ca urmare a acestor calcule, rezultă ploaia maximă zilnică, cu probabilitatea de depăşire p%.

2.    După obţinerea precipitaţiei zilnice corespunzând probabilităţilor de depăşire p%, cu ajutorul coeficienţilor de trecere (C. Diaconu şi P. Şerban, 1994, tabelul 3.36, p. 251) se obţin precipitaţiile pentru alte durate δ: 30', 1h, 2h, 3h, corespunzând aceloraşi probabilităţi de depăşire p%.

ANEXA Nr. 3 la metodologie

A.3.1. Hietograma ploii de calcul (ploaia generatoare de viituri rapide)

Datorită simplităţii ei, se recomandă metoda derivatei stratului cumulativ adimensional mediu (Musy, 1998), numită şi metoda curbei integrale, adaptată la ploi torenţiale prelucrate spaţial pe zona omogenă caracteristică bazinului examinat.

(i) Se selectează ploile torenţiale I = _1,l măsurate la staţia (staţiile meteorologice) din zona omogenă, cu caracteristici comparabile în ceea ce priveşte atât durata, cât şi cantitatea totală; durata ploilor va fi de maximum 3 ore.

(ii)   Se adimensionalizează fiecare pluviogramă I astfel:

- durata D_I a oricăreia dintre ploi corespunde unui procent de 100%;

- stratul precipitat total h_I(D_I) al fiecărei ploi corespunde, de asemenea, unui procent de 100%;

- se alege un pas de timp Δt şi se exprimă timpul t_i = i Δt ca procent din durata totală D_I a fiecărei ploi;

- se exprimă pentru fiecare ploaie I stratul de ploaie cumulat h_I(t_i) la momentul t_i ca procent din stratul total precipitat h_I(D_I);

- se calculează media procentuală h(t_i) a straturilor ploilor considerate h_I (t_i) pentru fiecare moment t_i, conform relaţiei:

__                L

 h (t_i) = 1   SUM   h_I (t_i)                                                       (A.3.1)

             n    I=1

în care L este numărul de ploi considerate.

(iii) Pentru o durată D_k,k = _1,k a ploii de calcul (30', 1 h, 2h sau 3h), stratul precipitat h_i,k obţinut conform procedurii prezentate în anexa nr. 2 la metodologie este multiplicat cu procentul calculat din relaţia (A.3.1). Se obţine astfel distribuţia medie a stratului cumulat al ploii.

(iv) Distribuţia intensităţilor ploii de calcul pe fiecare dintre intervalele de timp succesive t rezultă din derivarea curbei cumulative medii.

Dacă se doreşte altă distribuţie, diferită de cea medie, care prin aplicarea unui model ploaie-scurgere poate conduce la un hidrograf de viitură mai dezavantajos din punctul de vedere al inundabilităţii, atunci se poate construi o familie de curbe de distribuţie adimensionale cumulative, cărora li se atribuie o anumită probabilitate.

Pentru aceasta se procedează în felul următor:

1.  se calculează la fiecare pas de timp valoarea medie a stratului cumulat pentru toate viiturile luate în considerare şi apoi abaterea medie pătratică la acelaşi pas de timp;

2.  adoptând pentru fiecare pas de timp o distribuţie normală cu parametrii calculaţi anterior (media şi abaterea medie pătratică), se determină cuantilele de probabilitate standard (10%, 20%, 50%, 80% şi 90%). Procedura de determinare a cuantilelor de probabilitate pentru o distribuţie teoretică se poate aplica doar dacă se dispune în analiză de' cel puţin 30 de ploi care să permită calculul abaterii medii pătratice cu suficientă precizie.

Hietogramele obţinute pentru diverse durate ale ploii de calcul vor fi utilizate ca intrări în etapa de modelare matematică. Aşa cum s-a specificat, se vor lua în considerare diverse durate ale ploii de calcul pentru a identifica situaţia cea mai defavorabilă, care conduce la formarea debitului maxim al viiturii rapide.

ANEXA Nr. 4 la metodologie

Criterii de determinare a zonelor cu nivel ridicat de pericol

a) Caracterizarea intensităţii viiturii în funcţie de adâncime şi viteză (tabelul şi fig. A.4.1).

Tabel A.4.1.*) - Clase de intensitate ale viiturii

Mică	-	v.d<	0.5 m2/s	sau	-	d<	0.5 m
Medie	0.5 IT|2/S	=< v.d<	2 m2/s	sau	0.5 m	<d<	2m
Mare	2 m2/s	=< v.d		sau	2m	<d

Fig. A.4.1 .*) Definiţia intensităţii viiturii (SFOWG)

b) Definirea nivelului de periculozitate al zonelor inundate în funcţie de probabilitatea de depăşire şi intensitatea viiturii în zonele afectate. Rezultă 4 clase de pericol: mare, mediu, redus şi rezidual (fig. A.4.2).

Fig. A.4.2.*) Nivelul de periculozitate al zonelor inundate (adaptare după SFOWG)

c) Reprezentarea pe hartă a nivelului de periculozitate al zonelor inundate.

*) Tabelul şi figurile A.4.1. şi A.4.2. sunt reproduse în facsimil