UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAOV

FACULTATEA DE SILVICULTUR I EXPLOATRI FORESTIERE

DOMENIUL DE LICEN: GEODEZIE

SPECIALIZAREA: MSURTORI TERESTRE I CADASTRU

Referat la disciplina Construcii Hidrotehnice n Amenajarea Bazinelor Hidrografice:

APLICAII

LA MORFOLOGIA I MORFOMETRIA BAZINELOR

HIDROGRAFICE

ntocmit,

Alexandra N. DANCI

Anul III, Grupa 5411

2013 2014

1. TEMA REFERATULUI

Folosind planul de situaie redactat la scara 1:15 000, redat n anex, se cer urmtoarele :

1. S se delimiteze bazinul hidrografic al rului, aferent punctului , precum i bazinele

hidrografice ale afluenilor;

2. S se reprezinte grafic talvegul albiei principale a bazinului (profilul longitudinal al rului);

3. S se ntocmeasc schema hidrografic a bazinului rului ;

4. S se determine urmtorii parametri morfometrici ai bazinului rului i ai reelei

hidrografice: suprafaa, lungimea, limea medie, coeficientul de dezvoltare a cumpenei

apelor, coeficientul de asimetrie, altitudinea (minim, maxim i medie), panta medie,

energia de relief, lungimea reelei hidrografice i densitatea reelei hidrografice.

1. DELIMITAREA BAZINULUI HIDROGRAFIC AL RULUI, AFERENT PUNCTULUI 26

Delimitarea se realizeaz prin intermediul cumpenei apelor, aceasta din urm fiind o linie de

cea mai mare pant, trasat n funcie de configuraia curbelor de nivel. O astfel de linie este

normal la tangentele (duse imaginar) la curbele de nivel, n punctele de intersecie dintre acestea

i traseu (fig. 1).

Fig. 1. Trasarea liniei de cea mai mare panta

Aadar, pentru delimitarea bazinului hidrografic al ntregului ru (n cazul de fa bazinul

hidrografic aferent punctului 26 bazinului), operatorul ncepe trasarea cumpenei tocmai din

acest punct, mai nti pentru versantul drept al rului, gsindu-se linia care se sprijin pe punctul

dat A, normal la toate curbele de nivel ntlnite;

Apoi, operatorul revenind n punctul de capt iniial A, va proceda n mod asemntor, dar

pentru versantul stng al rului; traseul se conduce din aproape n aproape (tot dup normalele

duse la curbele de nivel), prin punctele caracteristice, pn cnd se ajunge n punctul de capt

final al primului traseu (punctul 6).

Conturul nchis astfel obinut reprezint cumpna de ap (superficial) pentru bazinul de ru luat

n considerare.

2. REPREZENTAREA TALVEGULUI ALBIEI PRINCIPALE A BAZINULUI (PROFILUL

LONGITUDINAL AL RULUI)

Fiindc se consider principal albia cu lungimea cea mai mare i deoarece reprezentarea

talvegului nu nseamn altceva dect trasarea profilului longitudinal al rului, se procedeaz

dup cum urmeaz:

- urmrindu-se planul de situaie la scara dat , se decide care este albia principal a

bazinului: cu notaiile de pe planul de situaie, aceasta este albia A-B-C-D-E-F-G-H-I;

- se msoar pe planul de situaie lungimea acestei albii, ntre punctele A i I; pentru ca

datele s fie folosite i la urmtoarele operaii de reprezentare grafic, msurtoarea se

face din aproape n aproape, adic pentru fiecare dintre segmentele de albie delimitate de

curbele de nivel succesive; se vor repera, aadar, punctele de intersecie dintre curbele de

nivel i talvegul rului, unele dintre acestea coinciznd cu punctele de confluen deja

notate pe planul de situaie (de exemplu: B, D, G i H);

- pe hrtie milimetric (format A4), se traseaz un sistem de axe de coordonate, n care pe

abscis se reprezint, la o scar convenabil, lungimea albiei rului, iar pe ordonat se

reprezint, la o alt scar convenabil, diferena de nivel dintre punctele extreme ale

aceleiai albii (punctele A i I); se gradeaz convenabil cele dou axe, lund ca punct de

origine punctul A, avnd abscisa egal cu 0 i ordonata egal cu 1100;

- mai departe se stabilesc i se nscriu, n tabelul de mai jos, abscisele i ordonatele

punctelor de schimbare de pant de pe traseul albiei (punctele aflate la intersecia

talvegului cu curbele de nivel):

Tabelul 2

Abscisa punctului 197.32 483.09 751.85 1141.00 1356.00 1582.00 2002.00

Ordonata punctului 1099.81 1108.13 1120.37 1137.51 1182.07 1205.07 1373.03

- n graficul anterior pregtit, se reprezint punctele avnd coordonatele de mai sus; prin

unirea din aproape a acestor puncte se obine talvegul albiei principale din bazin (fig. 2).

3. NTOCMIREA SCHEMEI HIDROGRAFICE A BAZINULUI

Pentru aceasta, s-a procedat dup cum urmeaz (fig. 3):

- pe hrtie milimetric (format A4), reprezentm la o scar convenabil albia principal a

bazinului, mrginit de punctele A i I i avnd lungimea gsit la punctul 2.1;

- reprezentarea se face n linie dreapt (fcndu-se abstracie de sinuozitile care apar pe

planul de situaie), aa dup cum se arat n figur; in dreptul punctului de capt (A) se

nscrie cifra 0, iar n dreptul punctului de obrie (I) se nscrie cifra 7 750, aceasta din

urm reprezentnd distana dintre cele dou puncte, adic lungimea ntregii albii.

- pe segmentul de dreapt AI deja trasat, poziionm punctele B, C, D, E, F, G i H, care

materializeaz confluenele afluenilor cu albia principal;

- n dreptul acestor puncte poziionate pe albia principal, se raporteaz, tot n linie dreapt

i la aceeai scar, lungimile afluenilor; raportarea se face sub un unghi de circa 45,

msurat de o parte sau de alta a axei albiei principale.

- la mijloacele segmentelor care materializeaz afluenii, precum i la mijloacele

segmentelor delimitate pe albia principal de punctele de confluen, se nscriu lungimile

corespunztoare.

- n final, se face o sistematizare pe ordine hidrografice a segmentelor de albie, folosind

sistemul Strahler, dup cum urmeaz:

Fig. 2. Profilul longitudinal al raului

1500

2875

4000

4950

5700

6325

6875

7325

7750

7675

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Lungimea (m)

Co

ta (

m)

- segmentelor terminale, care nu mai primesc aflueni, li se atribuie ordinul 1;

- n aval de confluena a dou albii de ordinul 1 ia natere o albie de ordinul 2, din unirea a

dou albii de ordinul 2 rezult o albie de ordinul 3 .a.m.d.

- dup unirea a dou albii de ordine diferite, albia rezultat pstreaz ordinul de rang

superior.

- n cazul dat (fig. 3), s-au gsit 10 segmente de ordinul I, 3 segmente de ordinul II i un

segment de ordinul III; se poate spune, deci, c bazinul studiat este un bazin de ordinul

III.

Tabelul 3

Ordinul segmentelor Numrul segmentelor

1 10

2 3

3 1

4. DETERMINAREA PRINCIPALILOR PARAMETRI MORFOMETRICI AI BAZINULUI I

REELEI HIDROGRAFICE: SUPRAFAA, PERIMETRUL, LUNGIMEA, LIMEA

MEDIE, COEFICIENTUL DE DEZVOLTARE A CUMPENEI APELOR, COEFICIENTUL

DE ASIMETRIE, ALTITUDINEA (MINIM, MAXIM I MEDIE), PANTA MEDIE,

ENERGIA DE RELIEF, LUNGIMEA REELEI HIDROGRAFICE I DENSITATEA

REELEI HIDROGRAFICE.

Suprafaa bazinului (F): este exprimat de aria nchis n interiorul cumpenei apelor; se poate

determina prin planimetrare, prin diferite metode grafice (metoda caroiajelor, descompunerea n

figuri geometrice elementare etc.) sau prin metode asistate de calculator.

Perimetrul bazinului (P): este exprimat de lungimea conturului definit de cumpna apelor

Am optat n aplicaia noastr pentru procedeul bazat pe calculul analitic al suprafeei din

coordonatele punctelor de contur utiliznd o aplicaie GIS.

Pentru aceast operaie a fost utilizat programul Global Mapper unealta Digitizer tool.

Pentru a identifica cumpna de ap a bazinului a fost folosit modelul digital de elevaie.

Fig.4. Modelul digital de elevaie

Accepiunea de model se definete ca fiind o reprezentare simplificat a realitii n care sunt

descrise unele proprieti ale sale.

Modelul digital de elevaie se definete ca fiind o structur numeric de date ce reprezint

distribuia spaial a altitudinii suprafeei terenului.

Construcia modelului digital de elevaie corespondent bazinului hidrografic presupune mai

multe operaii: preluarea datelor altimetrice, interpolarea datelor, corectarea modelului digital de

elevaie.

n cazul de fa modelul a fost extras din modelul digital de elevaie realizat n urma misiunii

SRTM, ce a presupus extragerea caracteristicilor morfometrice prin tehnici radar.

Pentru o mai bun vizualizare a modelului digital de elevaie, au fost suprapuse curbele de nivel

generate automat din acesta.

Aceast funcie a fost apelata din meniul File Generate Contours

Fig.5. Generarea automat a curbelor de nivel

Utiliznd unealta Digitizer tool se folosete acelai principiu stipulat la punctul 1.

Fig.6. Delimitare bazinului i calculul automat al suprafeei

Odat delimitat suprafaa, a fost folosit unealta Identity tool pentru identificarea suprafeei

poligonului definit de punctele de contur.

Fig.7. Identificarea suprafeei calculate

- Lungimea bazinului (L): este definit prin distana msurat dup linia cursului de ap,

de la vrsare i pn la punctul cel mai ndeprtat de pe cumpna topografic; n cazul

unor bazine asimetrice sau cu aspect curbat, lungimea este mai bine redat de curba

median a bazinului, care se obine din unirea mijloacelor segmentelor duse

perpendicular pe talvegul cursului de ap, la o anumit echidistan (extremitile acestor

segmente se sprijin pe cumpna topografic a bazinului).

n cazul acestei aplicaii, fiind vorba de un bazin fr asimetrie pronunat, s-a folosit primul

procedeu. Prin urmare, la lungimea deja cunoscut a albiei principale (7 750 m) s-a adugat

lungimea segmentului de versant delimitat ntre punctul I (obria albiei) i punctul de pe

cumpna apelor, poziionat la intersecia acesteia cu prelungirea albiei principale din bazin.

Fig.8. Determinarea lungimii bazinului prin vectorizare

Determinarea lungimii bazinului a fost realizat folosind unealta Digitizer Tool, prin

vectorizarea unei linii.

Lungimea bazinului considerat va fi deci :

L = 7 750 + 125 = 7 875 m 7,9 km. (4-1)

- Limea medie a bazinului (B): este dat de raportul dintre suprafaa bazinului (F) i

lungimea bazinului (L); dei este o mrime fictiv, totui limea medie B are o valoare

morfometric i hidrologic indicatoare: la aceeai suprafa, cu ct limea medie este

mai mic cu att forma bazinului este mai alungit, iar amplitudinea viiturilor mai redus.

Pentru cazul considerat n aplicaie se obine:

B=B/L= 25,2 : 7,9 =3,2 km. (4-2)

Coeficientul de dezvoltare a cumpenei bazinului (): se exprim ca raport ntre suprafaa

bazinului (F) i suprafaa ptratului care are latura egal cu lungimea bazinului(L); cu ct

valoarea acestui coeficient este mai mare cu att viiturile vor avea amplitudini mai accentuate. n

cazul de fa avem:

= F/L2=25,2 : 7,92=0,40. (4-3)

- Coeficientul de asimetrie a bazinului (a): caracterizeaz amplasamentul rului fa de cei

doi versani ai acestuia; se exprim prin raportul:

a = 2 (Fst Fdr) / F , (4-4)

unde: Fst este suprafaa versantului stng, Fdr - suprafaa versantului drept, iar F

suprafaa ntregului bazin ( Fst + Fdr).

Dup cum a > 0 sau a < 0, asimetria este de dreapta sau de stnga (respectiv fa de o linie

median imaginar a bazinului, albia principal este deplasat mai spre dreapta sau mai spre

stnga).

Dac a=0, suprafaa bazinului este simetric repartizat fa de albia principal.

n raport cu valoarea absolut a coeficientului de asimetrie, asimetria poate fi slab, moderat,

puternic sau foarte puternic, dup cum a este mai mic de 0,50, este cuprins ntre 0,50 i 1,50,

se nscrie ntre 1,50 i 2,50 sau depete valoarea de 2,50.

Determinarea suprafeelor versanilor a fost realizat cu unealta Digitizer Tool, prin vectorizarea

unui poligon

a = 2 ( 13,9 - 11,3 ) : 25,2 = 0,18 (4-5)

ceea ce nseamn c bazinul studiat prezint asimetrie de dreapta, dar aceasta este slab.

- Altitudinea medie (Hmed): indic poziia spaial a bazinului n raport cu planul orizontal

de referin (nivelul mrii); dac se cunoate suprafaa bazinului (F) i dac de determin

suprafeele dintre curbele de nivel succesive (Fi), altitudinea medie se poate calcula cu

formula :

Hmed = ( Hi Fi) / F (4-6)

unde Hi este semisuma cotelor curbelor de nivel succesive, iar Fi-suprafaa dintre aceste curbe.

Pentru bazinul n cauz, dup ce s-au determinat suprafeele dintre curbele de nivel succesive, s-

a procedat la multiplicarea lor cu semisuma cotelor, apoi s-au nsumat produsele obinute i, n

final, suma rezultat s-a mprit la suprafaa bazinului. Altitudinea medie gsit este de 1 512 m

(tabelul 5).

Tabelul 5

Intervalul

altitudinal

Media

altitudinii n

interval, Hi

(m) Supra

faa

n

inte

rval

,

Fi

(km

2)

Produsul

Fi Hi

Suprafaa

cumulata

(km2)

Calcule

1800 1800 1810 7.36 13321.60 7.36

Fi = 6578.89

Fi Hi = 8934463.10

Hmed = FiHi / Fi

= 1356.53

1800 1700 1750 156.69 274207.50 164.05

1700 1600 1650 356.21 587746.50 520.26

1600 1500 1550 449.17 696213.50 969.43

1500 1400 1450 713.61 1034734.50 1683.04

1400 1300 1350 855.02 1154277.00 2538.06

1300 1200 1250 1576.00 1970000.00 4114.06

1200 1100 1150 982.03 1129334.50 5096.09

1300 1400 1350 854.32 1153332.00 5950.41

1400 1500 1450 628.48 911296.00 6578.89

Suprafaa dintre curbele de nivel a fost determinat utiliznd unealta Digitizer Tool.

Fig.9. Determinarea suprafeei dintre curbe

Cu datele din tabelul 5 s-au fcut urmtoarele dou reprezentri grafice:

a. histograma suprafeelor dintre curbele de nivel succesive (fig. 10), care

evideniaz modul n care suprafaa bazinului se distribuie pe trepte altitudinale, i

b. histograma suprafeelor cumulate din aproape n aproape (fig. 11), cu ajutorul

creia s-a trasat curba hipsografic a bazinului. De remarcat c ordonata oricrui

punct de pe aceast curb red suprafaa bazinului care este situat pn la o

altitudine dat.

Fig. 10. Distribuia suprafeei pe trepte altitudinale

Fig. 11. Curba hipsografic a bazinului

- Panta medie (Imed) este o caracteristic morfometric important, de care se ine seama n

analiza elementelor scurgerii; panta determin o anumit vitez de scurgere a apei pe

versani i n reeaua hidrografic, n funcie de care se mrete sau se micoreaz

capacitatea de eroziune, de transport i de sedimentare a rului.

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1800 1800

1800 1700

1700 1600

1600 1500

1500 1400

1400 1300

1300 1200

1200 1100

7,36 156,69

356,21 449,17

713,61 855,02

1576,00

982,03

7,36

156,69 356,21 449,17

713,61 855,02

1576,00

982,03

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1800,00

1800 1800

1800 1700

1700 1600

1600 1500

1500 1400

1400 1300

1300 1200

1200 1100

Determinarea acestei caracteristici a fost realizat prin 2 procedee

I. Procedeul clasic

Dac se cunoate suprafaa bazinului (F) i dac se msoar lungimea curbelor de nivel

succesive (li) corespunztoare unei anumite echidistane ( H), atunci panta medie a bazinului

rezult potrivit relaiei simplificate:

Imed = ( H / F) li (4-7)

Pentru determinarea lungimii curbelor de nivel s-a folosit unealta Digitizer Tool.

Fig. 12. Determinarea lungimii curbelor de nivel prin vectorizare

n cazul de fa, cu echidistana H = 100 m = 0,1 km si cu datele din tabelul de mai jos se

gsete:

Imed = (0,1 / 25,2 ) 89,625 = 0,356

(respectiv 35,6 %).

Tabelul 6

Cota curbei de nivel Lungimea curbei de nivel, li (m)

1 500 = Hmin -

1 800 296.13

1 700 988.52

1 600 1701.00

1 500 1884.00

1 400 3248.00

1 300 3693.00

1 200 5609.00

1 100 776.46

1 300 3577.00

1 400 2692.00

1 500 2935.41

1 800 = Hmax -

Total li = 27400,52

II. Procedeul GIS

Fig. 13. Aplicarea funcie de calcul automat al pantei

Aplicaia afieaz automat, folosind media ponderat a valorilor celulelor identificate n

interiorul poligonului descris, panta medie, panta maxim, altitudinea minim, medie i maxim.

Fig. 14. Preluarea informaiilor determinate automat

- Energia de relief (ER): reprezint diferena de nivel dintre punctele altitudinale extreme

ale bazinului (Er = Hmax Hmin ) i exprim potenialul eroziv al teritoriului. O energie de

relief de pn la 500 m este moderat, ntre 500 i 1000 m energia de relief este mare, iar

peste 1000 m energia de relief este foarte mare i arat un potenial eroziv ridicat.

n cazul de fa, cu datele din tabelul 6 privitoare la altitudinile punctelor extreme ale bazinului,

rezult:

Er = 2 020 800 = 1 220 m (4-8)

ceea ce arat ca bazinul studiat prezint o energie de relief foarte ridicat.

- Lungimea reelei hidrografice (Lr) este dat de lungimea cumulat a tuturor segmentelor

de reea hidrografic, incluznd att cursul principal ct i afluenii rului, cu toate

ramificaiile acestora.

Cu datele precizate n cadrul schemei hidrografice (fig. 3), nsumate i centralizate pe ordine ale

segmentelor de albie (tabelul 7), rezult urmtoarea lungime a reelei hidrografice:

Lr = 20 250 m = 20,25 km (4-9)

. Tabelul 7

Ordinul segmentelor Numrul segmentelor Lungimea segmentelor

1 10 12 175

2 3 3 925

3 1 4 150

TOTAL 20 250

- Densitatea reelei hidrografice (Dr) este raportul dintre lungimea total a reelei

hidrografice i suprafaa bazinului, respectiv:

Dr = Lr/F (4-10)

Se exprim, de regul, n km/km2, i oglindete gradul fragmentrii reliefului. Totodat, Dr este

un indicator al condiiilor de formare a scurgerii; la aceeai suprafa a bazinului, cu ct

densitatea reelei hidrografice este mai ridicat cu att colectarea apelor este mai rapid.

Aprecierea densitii se poate face n funcie de valoarea calculat a indicelui Dr, potrivit scrii

de mai jos:

Tabelul 8

Indicele Dr, n km/km2

Caracterizarea densitii

Sub 0,3 Mic

0,3-0,6 Mijlocie

0,6-1,0 Mare

Peste 1,0 Foarte mare

Pentru cazul considerat n aplicaie, se obine: Dr = 20,25/25,2 = 0,80 km/km2, ceea ce

nseamn c avem de a face cu o densitate mare a reelei hidrografice.