UNIVERSITATEA AL.I.CUZA IAI FACULTATEA DE GEOGRAFIE I GEOLOGIE

RISCURI GEOMORFOLOGICE INDUSE DE ACTIVITILE ANTROPICE

Conf. dr. Dan Dumitriu

2

Cuprins

1. Riscul geomorfologic indus de activitile antropice - introducere 2. Riscuri geomorfologice induse de activitile agricole 3. Riscuri geomorfologice induse de activitile forestiere 4. Riscurile geomorfologice legate de activitile miniere 5. Riscurile geomorfologice n relaie cu amenajrile hidrotehnice

6. Riscuri geomorfologice induse de modificri la nivelul albiilor de ru 7. Riscurile geomorfologice n relaie cu amenajarea rmurilor

3

1. Riscul geomorfologic indus de activitile antropice

Cu excepia unor terenuri greu accesibile sau extrem de neprielnice pentru via i a oceanului planetar, mediul nconjurtor, peste tot pe Terra, reprezint un mediu modificat antropic.

De la apariia sa omul a ncercat s modifice mediul natural n sensul dorit de el, pentru a-i asigura protecie, hran, cldur, pe scurt, supravieuirea i dezvoltarea (Vian et al., 2000). La nceput intervenia antropic a fost ct se poate de neglijabil, n primul rnd datorit numrului redus al locuitorilor planetei, ns cu timpul efectele s-au amplificat.

n neolitic (7000-8000 de ani .Hr.) s-a nregistrat prima mare explozie demografic. Populaia a nceput s se ocupe ntr-o msur tot mai mare de domesticirea i creterea animalelor, de cultura plantelor, drept pentru care suprafee tot mai ntinse de pdure au fost transformate, fie prin defriri, fie prin incendieri, n terenuri agricole. Situaia aceasta a continuat i n antichitate, cnd, din cauza eroziunii, au nceput s fie scoase din circuitul agricol suprafee nsemnate.

Din secolul al XVIII-lea, industrializarea a contribuit i la o mai mare deteriorare a mediului, datorit exploatrii resurselor naturale, urbanizrii, construciilor hidrotehnice, extinderii cilor de comunicaii, ca urmare a unei susinute creteri demografice. Drept urmare, n ultimii 300 de ani activitile antropice au modificat profund peisajul geografic. Impactul omului asupra reliefului a survenit n urma urmtoarelor activiti: construcia de adposturi i aezri, practicarea agriculturii, activiti forestiere, miniere, urbanizare, construcia de ci de comunicaii, construcii hidrotehnice.

2. Riscuri geomorfologice induse de activitile agricole

Agricultura este una dintre cele mai vechi ocupaii ale omenirii, fiind strns legat viaa sedentar. Dac la nceput oamenii i asigurau hrana din vntoare, pescuit, culegerea produselor vegetale, odat cu creterea numrului lor i a reducerii surselor naturale, au devenit, ncetul cu ncetul, cultivatori de plante i cresctori de animale. Astfel, agricultura a jucat un rol esenial n dezvoltarea civilizaiei umane. Pn la Revoluia Industrial cea mai mare parte a populaiei era ocupat n agricultur. Dezvoltarea tehnicilor agricole a dus la creterea productivitii n agricultur, ns din pcate aceast revoluie agricol a nsemnat i o presiune din ce n ce mai mare asupra mediului.

Aparent, aceast problem (impactul activitilor agricole) este stpnit din punct de vedere al cunoaterii deopotriv de geomorfologi ct i de agronomi. Lucrurile nu stau chiar astfel, iar pentru ca geomorfologii s i aduc aportul calificat n aceast problem trebuie s cunoasc nu numai impactul activitilor agricole asupra proceselor geomorfologice, ci i relaiile cu factorii de control i semnificaia morfogenetic a procesului, pentru c eroziunea, n ultim instan este un proces natural care contribuie la circuitul materiei la suprafaa scoarei. Nu trebuie s uitm un adevr de necontestat i anume: cmpiile fertile s-au nscut i se dezvolt pe seama eroziunii terenurilor. Astfel, din cercetrile de pn acum s-a ajuns la unele rezultate care au un anumit grad de generalizare, fapt ce nu trebuie absolutizat cnd avem un caz concret. Totui, cunoaterea unor asemenea rezultate este foarte necesar pentru evaluarea punctului de plecare n cercetrile noastre. n condiiile Romniei, comparativ cu terenurile mpdurite, eroziunea este :

egal sau de 1 - 4 ori mai mare pe pajitile naturale sau cultivate; de 10-50 ori mai mare pe pajitile naturale degradate prin punat abuziv (suprapunat); de 20 - 60 ori mai mare pe terenurile agricole cultivate cu plante pritoare; de 50 - 200 ori mai mare pe terenurile cultivate cu plante pritoare (pe pante de peste

25% i peste 500 ori mai mare pe pantele peste aceast valoare); de 100 - 500 ori i chiar mai mult pe terenurile nude (lipsite de strat vegetal). Zachar (1982) a ajuns la concluzia c dac se consider 100% cuantumul eroziunii pe

terenuri fr vegetaie, pe alte folosine dar n aceleai condiii climatice, litologice i morfologice aceasta este de :

4

80-90 % teren cu sol lucrat; 85 % culturi de sfecl i porumb; 50 - 80% culturi cu tuberculi; 30 - 50% culturi de cereale de primvar; 5 - 35 % culturi de cereale de toamn; 1 - 5 % culturi cu ierburi anuale; 0,5 % terenuri cu ierburi perene; 0,01 % terenuri acoperite cu pdure compact. Imaginea general a acestui tablou nu comport alte comentarii pentru faptul c raportul

ntre eroziunea pe terenuri mpdurite i cele nude este infinitezimal. De asemenea, este stabilit o scar relativ a intensitii eroziunii n suprafa dup cum urmeaz :

terenuri fr eroziune < 0,5 m3/ha/an cu eroziune slab 0,5 - 5 m3/ha/an cu eroziune moderat 5 - 15 m3/ha/an cu eroziune puternic l5 - 50 m3/ha/an cu eroziune foarte puternic 50 - 200 m3/ha/an cu eroziune catastrofic foarte sever > 200 m3/ha/an Prezentnd aceste rezultate apare evident ntrebarea: dac se cunosc astfel de elemente

generale ce rost au cercetrile geomorfologice ? Rspunsul este fr echivoc, ntruct relaiile eroziune - precipitaii; eroziune - scurgere,

eroziune - litologie, eroziune - pant, eroziune - grad de acoperire cu vegetaie etc. sunt neliniare i ratele prezentate ofer doar cadrul de situare n context ale cercetrilor care sunt solicitate pentru cazuri concrete. In plus, s reinem c majoritatea valorilor mediate i chiar a unor ecuaii de evaluare a fenomenelor naturale din aceast categorie au un caracter empiric; deci au valabilitate pentru condiii regionale i locale date. In plus, fr a subaprecia rolul altor specialiti, geomorfologul stpnete (sau trebuie s stpneasc) cunoaterea sistemului morfogenetic al relaiilor pe care le-am amintit. Astfel, el poate predicta necesitatea unei ameliorri de un anumit tip, evideniind tabloul eroziunii n sistemul geomorfologic fluvial i fluvio-denudaional.

3. Riscuri geomorfologice induse de activitile forestiere

Abordarea aspectelor geomorfologice legate de impactul activitilor forestiere n morfogenez este ndreptit din urmtoarele considerente:

pdurea este apreciat ca un factor morfogenetic care atenueaz intensitatea altor factori morfogenetici prin: modificarea radical a regimului hidric n aceleai condiii morfoclimatice n care acioneaz un teren nempdurit;

pdurea reduce considerabil, pn la anulare, efectul vntului ca agent morfogenetic; lipsa pdurii de pe un areal susceptibil la alunecri de teren, duce la apariia i

accentuarea procesului n arealul respectiv; pdurea poate schimba radical regimul terenurilor srturate sau cu exces de umiditate i

n acelai timp poate ameliora terenurile indiferent de umiditate. La toate acestea mai adugm un aspect, distrugerea pdurii prin incendiere produce mari

dezechilibre n morfogenez n timp scurt. Datorit acestor aspecte, n toat lumea pdurea este abordat ca un factor conservator i

moderator a altor condiii de mediu inclusiv, cele ale morfodinamicii actuale a reliefului.

5

3.1. Elemente generale de cunoatere a impactului pdurilor asupra mediului i n special asupra morfogenezei

Prima regul pe care trebuie s o tie un geograf este aceea c: factorul vegetaie se

evideniaz n morfogenez n unitatea de timp geomorfologic graded(de ordinul a o mie de ani). Pentru perioada timpului ciclic (de ordinul milioanelor de ani) vegetaia prin relicte (trunchiuri de arbori, frunze, polen) poate s ne ofere informaii asupra mediului morfogenetic. Aceasta pentru c rolul ei n timp ciclic este absorbit n tipul de regim morfoclimatic. Deci, influenele pdurii asupra mediului, cu urmri directe sau indirecte n morfogenez sunt :

(i) asupra climatului, n aproape toate componentele lui pe termen scurt subordonat condiiilor zonale sau regionale;

(ii) asupra bilanului hidrologic; (iii) asupra regimului aluviunilor; (iv) asupra stabilitii terenurilor. (i) Asupra climatului - geomorfologul trebuie s cunoasc urmtoarele: c influena este pe termen foarte scurt i nu poate substitui caracterul regional sau zonal

al climei; c influena se caracterizeaz elemente ce dau starea climatic la un moment dat i care

individual pot afecta morfogeneza (ex. precipitaii, vnt, temperatura, scurgerea); n privina influenei pdurii asupra climatului, ca efect indirect n morfogenez, se impun

urmtoarele precizri: pdurile se adapteaz i i creaz un microclimat specific n raport cu radiaia solar

pentru c razele solare aduc nu numai lumina, ci i cldura. De aceea reducerea luminii sub acoperiul pdurii nseamn o diminuare a cldurii, dac ea nu a fost modificat de ali factori. Astfel n pdurile tropicale cldura fiind din abunden, pdurile au un coronament foarte dezvoltat i las s ptrund un minim de lumin. Dimpotriv, spre regiunile reci coronamentul se rrete lsnd s ptrund o mare cantitate de lumin pn la sol, tocmai din cauza nevoii de cldur;

pdurile pot modifica valorile extreme ale temperaturii aerului, dar aceasta nu este valabil n toate zonele climatice. De exemplu, s-a constatat c n pdurile mediteraneene nu exist o regul n acest sens, adic pdurea s fie mai rcoroas vara i mai cald iarna. n plus, mai trebuie precizat un aspect: pot fi diferenieri diurne, dar ca medii lunare, ca s nu spunem anuale, nu sunt diferene evidente a repercusiunii n morfogenez;

pdurile influeneaz activitatea vntului i umiditatea. Vntul, cel puin ca intensitate n arealul pdurilor, este legat de densitatea i dezvoltarea coronamentului, de dezvoltarea arboretului, n general. Spre exemplu, arboretele cu frunze cztoare au o influen mult mai redus cnd arborii sunt lipsii de frunze, cnd vntul ptrunde n etajele inferioare ale structurii pdurii; n plus, indirect, vntul poate influena transpiraia, repercutndu-se asupra bilanului hidric.

(ii) Cu privire la influena pdurii n bilanul hidrologic, fenomenul trebuie privit i analizat la scara timpului scurt, 1 - 3 ani, pentru c circuitul hidrologic se realizeaz pn la ultima celul chiar n timpul unui an, la scara ntregului glob, indiferent de ntrzierile de pe continente. In analiza influenei pdurii n circuitul hidrologic sunt cteva elemente care trebuie cunoscute, i anume:

puterea de intercepie a pdurii, din cantitatea total de precipitaii czute n comparaie cu un teren nempdurit;

cantitatea de ap scurs n lungul tulpinilor; funcia litierei n sustragerea apei de la procesele de scurgere superficial.

n ceea ce privete intercepia precipitaiilor (pe frunze, crengi), de exemplu, n condiiile climatului temperat-continental, ntr-o pdure de foioase cu frunze cztoare, pentru pdurea de fag nfrunzit, intercepia poate depi 40%, iar iarna cnd nu are frunze, 19%, valorile variind n funcie de intensitatea precipitaiilor. n bilanul hidric dominat de pdure, un rol important l are intercepia i dispunerea zpezii. Intercepia maxim a zpezii este noaptea cnd temperatura scade

6

sub 0C i calmul crete. Evident, cea mai mare parte din zpad cade la rndul su n raport cu ali factori precum: forma coroanei arborilor, rigiditatea coroanelor, micarea aerului, spaiul dintre ramuri .a. Topirea zpezilor, controlat de temperatura aerului, este n general ntrziat n raport cu densitatea coronamentelor, latitudinea, expoziia, panta. Ca geomorfologi suntem interesai n reconstituirea circuitului hidrologic, n special sub raportul impactului n morfogenez. Or, n cazul de fa un aspect trebuie s fie clar: prin capacitatea de reinere a precipitaiilor i atenuarea energiei de impact a picturilor de ploaie, pdurea atenueaz pn la anihilare eroziunea n suprafa. Pe de alt parte, cercetrile experimentale arat c sub arbori, mai ales unde nu este un strat de litier bine dezvoltat, are loc o dezgolire parial a rdcinilor arborilor. Dac fenomenul este apreciat la scara timpului lung se poate cpta imaginea rolului denudaional al acesteia. Experimente pe perioade de 15-20 ani i mai mult asupra intercepiei prin coronament al precipitaiilor arat procente de intercepie pn la peste 90% din cantitatea total de precipitaii, dar valorile sunt n legtur direct cu specia i vrsta arboretului, tipul de ploaie sau prezena i lipsa furtunilor. n condiiile rii noastre (Arghiriade, 1977), reteniile n coronamente variaz ntre 24 - 137 g/m2, n cazul ploilor fr vnt, cu un indice de reinere ntre 0.016 - 0.130 (aceti indici se calculeaz ca raport ntre greutatea copacului nfrunzit, raportat la rndul lui la suprafaa coroanei proiectate si reinerile n coronament). Dintre arbuti, cea mai mare intercepie o are ctina alb, (137 g/m2) i laricele (91 g/m), la arbori; dup care urmeaz ulmul (69 g/m) i stejarul (56 g/m). La furtuni, intercepiile scad la 10 - 30 g/m2. n legtur cu scurgerea apei din precipitaii n lungul crengilor i a trunchiurilor, ea poate

prezenta n multe situaii un procent nsemnat din totalul intercepiei, ajungnd pn la 15 - 30%, depinznd de specie, vrst i, evident, de existena frunzarului i intensitatea ploii. n regiunile tropicale (ex. Jamaica) s-au msurat pn la 97% ap din precipitaii scurse pe trunchiul arborilor. Cu ct scoara arborilor este mai neted, scurgerea este mai mare. Este important s reinem c o asemenea scurgere genereaz denudarea i dezgolirea parial a rdcinilor n partea din aval de arborii situai pe terenurile n pant. n ceea ce privete rolul litierei (stratul de frunze de la suprafaa solului, acumulat de la un

an la altul) considerat ultimul strat de aprare pentru sol, ea are rolul de a amortiza impactul picturilor de ploaie asupra solului, n acelai timp sustrgnd o anumit cantitate de ap din procesul scurgerii. Cercetrile fcute n ara noastr au pus n eviden reineri pn la 30 - 40% n cazul unei litiere de pdure btrne de fag (perimetrul Buhalnia - V. Bistriei): 21% ntr-o pdure tnr de stejar (perimetrul Livada, bazinul Mureului). Aceasta depinde i de panta terenului.

n concluzie, lund n consideraie cele trei tipuri de intercepie a precipitaiilor, putem evalua fr alt argument c rolul pdurii este n primul rnd unul de protecie mpotriva degradrii terenurilor. Problema se pune ns i altfel i anume: necesitatea unei schimbri ntr-un bazin de recepie ntre suprafaa mpdurit i nempdurit, pentru c sunt exemple din care rezult c supraevalund rolul pdurii prin plantaii s-a ajuns la o diminuare exagerat a scurgerii, nct zone ntregi au rmas fr ap. Este cazul unor amenajri din rile africane, realizate dup proiecte americane i europene.

(iii) Cu privire la influena pdurii asupra aluviunilor (sistemului aluviunilor), fenomenul trebuie analizat din dou perspective: al controlului pdurii asupra scurgerii i al rolului de fixare a solului, de protecie mpotriva eroziunii eoliene. Pentru nelegere vom reine cteva exemple reprezentnd condiiile morfoclimatice diferite n cadrul fiecruia lundu-se n consideraie efectele locale ale pantei, tipului de arboret, vrstei, densitii acestuia, tipului de roc.

n Valea Tennessee, ntr-un bazin cu suprafaa de 6,94 km2, regiunea colinar periferic a Munilor Appalai, s-a fcut urmtorul experiment (Hoover, 1962). Regiunea a fost colonizat ntre 1783-1800, iar pn n anul 1934, au fost defriate aproape toate pdurile de pe versani. Dup aceast dat s-au luat msuri de rempdurire, astfel nct n 1946 bazinul era mpdurit 100 %. Masurtorile asupra scurgerii lichide i solide au nceput n anul 1953. Constatrile au fost urmtoarele :

debitele s-au redus dup rempdurire cu un procent cuprins ntre 8 - 27%; debitele maxime nregistrate au sczut de la 1,83 m3/s n 1935, la 0,11 m3/s n 1949;

7

timpul necesar scurgerii aceluiai debit de ap n timpul unei ploi toreniale de var a fost multiplicat de 500 ori;

n volumul total de ap al rului nu s-au constatat totui schimbri radicale. n ara noastr, experimentele fcute de ICAS n cteva perimetre (V. Bistriei, V. Zbalei,

V. Prahovei) avanseaz urmtoarele date privitoare la eroziunea pe terenurile rempdurite, comparativ cu cele nempdurite, n aceleai condiii morfologice, litologice i climatice. La ploi de lung durat, ncadrate ca ploi toreniale cu intensitate mare (0,5-1,5 mm/min) situaia a fost urmtoarea: n perimetrul Putreda (Vrancea) pe terenuri cu pune eroziunea a fost de 145,6 m3/an/ ha, pe cel cu pdure btrn de fag eroziunea a fost de 0,150 m3/an/ ha, iar n condiii de quercinee, 0,226 m3/an/ha; n perimetrul Valea lui Bogdan (Prahova), 121.9 m/an/ha pe teren despdurit i 2030 m3/an/ha pe versant cu arboret de molid cu consisten 0.8; n perimetrul Buhalnia (Valea Bistriei), 48,6 m3/an/ha pe terenuri despdurite i 0.086 m3/an/ha, pe teren cu pdure de fag de peste 100 ani.

(iv) n ceea ce privete rolul pdurii n stabilizarea versanilor rezultatele i concluziile sunt mai controversate. n primul rnd, cunoscndu-se rolul de regulator al pdurii n ciclul hidrologic ca i al rdcinilor arborilor n fixarea depozitelor superficiale, se consider c pdurea are un rol stabilizator al terenurilor. n al doilea rnd, masa arboretului, n funcie de specie i proporional cu densitatea i vrsta acestuia constituie o suprasarcin, mai ales n cazul terenurilor cu depozite de versant cu grosimi mari. ntr-adevr, experimente fcute la noi n ar, respectiv perimetrul Putreda (Vrancea), au evideniat c n anumite situaii, dup o perioad de 15 - 20 ani de la data plantrii arboretului, terenurile se stabilizeaz. n acelai timp, plantarea arboretului n arii care erau cu pune i fnee, dup aproximativ aceeai perioad a favorizat declanarea alunecrilor. n zona Vrancei, prin mpduriri s-au nlocuit o serie de procese de dislocare i tranzitare a depozitelor cu altele. Aceast zon a fost puternic despdurit nainte de 1950, ceea ce a favorizat instalarea unor procese severe de eroziune liniar. n perioada 1950 - 1960 a avut loc un amplu proces de mpdurire, n urma cruia s-a schimbat regimul de umiditate n rocile ce alctuiesc versanii. n consecin, s-au instalat puternice procese de micare n mas, de tipul curgerilor noroioase i a alunecrilor de teren. Exemplificm situaia din aval de localitatea Nistoreti, unde versantul drept a fost fixat cu vegetaie forestier, dar n partea lui superioar s-au meninut alunecri potenial active. Pe versantul stng, relieful de badlands este nc activ n partea superioar a versantului, dar n prile mijlocie i inferioar, au aprut curgeri noroioase pe mai multe sute de metri lungime.

Un exemplu elocvent l reprezint plantarea cu rinoase, n special pin, n aa numitele zone de protecie ale lacului Izvoru Muntelui, unde dup 15-20 ani, pe versanii cu deluvii cu grosimi de peste 5 m, s-au produs alunecri de amploare, n timp ce pe versanii cu pune i fnee a existat o mai mare stabilitate a deluviilor. Prin urmare, privind funcia pdurii n acest context, situaiile trebuie evaluate de la caz la caz.

Ca o concluzie general, privind impactul pdurii asupra mediului i reliefului n general, putem afirma urmtoarele: n timp scurt i chiar la scara timpului contemporan, pdurea prin regularizarea ciclului hidrologic al versanilor diminueaz foarte mult eroziunea n suprafa, n multe cazuri stabilizeaz versanii i prin aceasta produce schimbri radicale n dinamica organismelor toreniale. De asemenea, se reduce pn la anulare efectul aciunii vntului asupra reliefului.

3.2. Impactul exploatrilor forestiere n morfogenez

n mod evident, pdurea nu poate fi considerat doar ca o formaiune vegetal. Ea este, n

acelai timp, una din componentele eseniale n dezvoltarea unei societi, prin rezerva de lemn att de necesar n domeniul construciilor, al combustibililor, al industriei mobilei, celulozei i aa mai departe. Aadar, pentru toate acestea pdurea trebuie exploatat, deci tiat, transportat, industrializat. Pe msura creterii numrului populaiei i a diversificrii activitilor sale,

8

suprafeele acoperite cu pdure s-au redus simitor (fig. 3.1.). Exploatarea pdurii a impus intervenii antropice, care n anumite situaii pot merge pn la anularea rolului pdurii de reducere a eroziunii terenurilor. Astfel de intervenii pot fi :

tierile rase (defririle i incendierile); amenajrile de drumuri forestiere; transportul de buteni.

Fig. 3.1. Comparaie ntre creterea numrului de locuitori (A) i scderea suprafeei pdurilor tropicale (B) (Roper and Roberts, 1999).

3.2.1. Impactul geomorfologic al defririlor i incendierilor de pdure Defriarea ras reprezint tierea pdurilor fr discernmnt, fie pentru mrirea

suprafeelor arabile, fie pentru pune, fie, mai nou, pentru industrializare. Cunoscndu-se rolul pdurii n bilanul hidrologic, este de neles c pentru un anumit timp, cel puin timpul unui ciclu de instalare a unei pduri mature, toate procesele legate de bilanul hidric se vor schimba. Tierea unei pduri constituie un prag, o stare de criz n sistem, ns pe timp scurt, la limita ciclurilor de revenire a pdurii.Totui, n aceast perioad se declaneaz procese erozionale violente. Exemplele cele mai concludente le-a oferit ofensiva cuceririi vestului Americii (fig.3.2.).

Simpla comparaie a ratei eroziunii pe terenurile fr vegetaie, cu cele mpdurite ar fi de ajuns pentru o asemenea apreciere, cu condiia de a evalua corect rolul pdurii n bilanul hidric al solului, al terenului n general. Se tie, astfel, c solurile sunt formate dintr-un amestec de particule solide, aer, ap, dar de cele mai multe ori nu se acord atenie faptului c particulele solide reprezint cel mult 40-50% din volumul solului (Hoover, 1962, 1967). Deci porii domin. Apa traverseaz aceti pori, cei mici rein apa mpotriva gravitaiei i astfel ea este absorbit de ctre plante (prin sistemul rdcinilor sau prin evaporaie) sau temporar este nmagazinat n sol. Fenomenul capt amploare n sezonul de repaus al vegetaiei. Cnd, ns, nmagazinarea apei n porii mici atinge pragul de saturaie, apa ncepe s se deplaseze n porii mari sau chiar n adevrate goluri, care depind i de panta terenului. n aceste condiii cile principale de acces i circulaie a apei sunt n primul rnd canalele create de rdcini. Gaiser (1952) a gsit mai mult de 10.000 canale verticale/ha, ntr-o pdure de foioase care cretea pe un sol lutos. Este foarte clar c prin tierea unei pduri, n timp scurt, sistemul rdcinilor putrezete i rmn acele canale care schimb radical sistemul de drenaj al unui versant. n consecin, i dinamica morfologiei terenurilor. Aa se explic declanarea cu brutalitate a fenomenelor erozionale i de deplasare n mas pe versanii despdurii. S reinem c acest sistem de canale este divergent, n sensul c pleac de la un ax central, iar faptul c un sistem radicular creaz ntretieri ntre o reea orizontal i una vertical sporete eficacitatea repartiiei apei n sol.

9

Desigur, nu numai prin influena asupra regimului hidric al solului despdurirea nseamn un prag n dinamica terenurilor, ci i din cauza celorlalte atribute privind influena asupra ciclului hidrologic (intercepia, scurgerea pe sistemul de crengi i trunchiuri). Iat un exemplu: tierea ras a unei pduri de amestec (plop tremurtor, douglas i molid) dintr-un bazin hidrografic de altitudine mare (3000 m altitudine absolut) din Colorado, a atras dup sine o mrire a debitului rurilor cu aproximativ 250 ori timp de 7 ani de la nlturarea pdurii. S reinem c precipitaiile anuale erau n medie de 533 mm din care 50% sub form de zpad. O asemenea cretere de proporii a debitului lichid nseamn i o cretere a debitului solid, deci a eroziunii n general, a accelerrii dinamicii versanilor. n cazul n care pdurea defriat se afla pe un versant cu depozite deluviale groase, atunci toat dereglarea ciclului hiodrologic al versanilor se repercuteaz n iniierea i meninerea unor ample procese de micare n mas.

Fig.3.2. Evoluia defririlor (1620 1920) n S.U.A.

n ceea ce privete incendierea pdurilor, ca impact n morfogenez, unele aspecte pot fi

comparabile cu defriarea. Sunt i unele particulariti care, pentru nelegerea rolului morfogenetic al pdurii trebuie subliniate cel puin prin exemple. Astfel, n munii din regiunea Wasatch (Utah n apropiere de Salt Lake), muni cu versani puternic nclinai, prin arderea vegetaiei i punat distructiv s-a schimbat radical condiiile ciclului hidrologic local i implicit, regimul eroziunii. Oraele i satele se aliniau la poalele acestor muni. Timp de 75 de ani dup colonizare, care a avut loc n anul 1848, se produceau doar mici viituri de primvar, fr a produce neplceri locuitorilor. n 1912, dup incendiere, au nceput s apar curgeri de noroi i pietriuri, care au produs pagube serioase; n 1923 viiturile au distrus unele aezri, acoperind n acelai timp terenurile agricole cu noroi, pietri i blocuri de piatr; n 1930 s-a produs una dintre cele mai devastatoare viituri (Hoover, 1962). Studiul depozitelor transportate n timpul acestei viituri a artat c aceasta a fost cea mai mare din ultimii 20.000 de ani. O comisie de experi studiind bazinul versant, a constatat c suprafeele intens erodate (rill-uri, ravene) ocupau ntre 2 - 10 % din diferite bazine de recepie i c se opreau brusc acolo unde acoperiul vegetal era intact (nedistrus). Potrivit lui Tricart, efectul n

10

morfogenez al incendierii unei pduri este similar erupiei unui vulcan sau al amplasrii unui baraj pe un ru. Evident este vorba de discontinuitatea regimului de modelare a reliefului.

3.2.2. Impactul geomorfologic al realizrii de drumuri forestiere

Un alt element de impact n dinamica reliefului din mediul forestier este legat de activitile

de exploatare a pdurii, respectiv realizarea reelei de drumuri forestiere i transportul butenilor pn la rampele de ncrcare. n ceea ce privete efectul drumurilor, n special cele forestiere, (acestea dominnd n parchetele de exploatare forestier), acestea au un rol foarte important n creterea produciei de aluviuni dintr-un bazin hidrografic, deoarece formeaz suprafee nude n interiorul pdurii, iar rigolele, de o parte i de alta, colecteaz i concentreaz curgerea ntr-o proporie destul de nsemnat.

n plus, drumurile creeaz discontinuiti de pant i induc iniierea micrilor n mas (alunecri, surpri), fie prin tierea taluzurilor, fie prin ncrcarea terenului din aval de acestea, acolo unde este depozitat materialul din amonte. Deci, exist excavaii amonte i depuneri de material n aval. Ambele, plus discontinuitatea de pant local, se constituie n dezechilibre ale versanilor cu depozite deluviale susceptibile la micri n mas. Situaia general poate fi descris astfel: pe linia de versant se construiete un drum. Pentru acesta se taie terasamentul n roca in situ sau n depozite de versant; depozitele decapate, excavate se depoziteaz imediat lng terasament, i se realizeaz aa numita umplutur. Aceasta are proprieti complet diferite de cele ale rocii in situ i chiar fa de ale depozitelor de versant i n primul rnd este mai susceptibil la micri pe versant. Dar nu numai att, prin propria greutate poate amorsa micarea deluviilor subiacente, pentru c de regul cnd se taie drumuri pe versant, panta de depunere a umpluturii este mai mare dect unghiul de echilibru al versantului. Evident, inginerii constructori de drumuri trebuie s cunoasc aceste aspecte i n concluzie factorul de siguran al terenului, deci de a evita alunecarea umpluturii.

n aceast situaie geomorfologii trebuie s ofere o situaie ct mai clar i riguroas a micromorfologiei versanilor, a naturii depozitelor de versant, a tipurilor de procese, iar n cazul alunecrilor de teren, a susceptibilitii terenurilor la astfel de procese. O asemenea radiografie geomorfologic ofer posibilitatea alegerii unui traseu de drum n care riscurile de a fi distrus s fie ct mai puine i de amploare redus. Vom apela n asemenea situaie la evaluarea intervalului de recuren al proceselor i a debitului alunecrilor.

n ceea ce privete efectul drumurilor asupra proceselor erozionale, el este recunoscut ca foarte important, ieind n eviden, cum s-a afirmat la nceput, prin nsui faptul c mediul forestier este unul de diminuare a ratei proceselor erozionale.

Concluzionnd, drumurile forestiere influeneaz rata eroziunii prin: oferirea unei suprafee nude a terenurilor, deoarece drumurilor forestiere sunt de regul

neasfaltate i au o durat relativ scurt de exploatare intens n raport cu alte categorii de drumuri; faptul c introduc discontinuiti de pant n nclinarea versanilor i prin urmare are loc

o iniiere a unor dezechilibre n starea dinamic a versanilor; punerea n circuit a unor noi surse de aluviuni datorate aa numitelor umpluturi, acestea

putnd amorsa i noi procese de alunecri, curgeri noroioase sau curgeri de debris; faptul c prin sistemul de rigole, situate de o parte i de alta a drumului se concentreaz

curgerea apei spre reeaua hidrografic. n acest contex pot fi reinute cteva exemple, considerate concludente pentru susinerea

celor menionate. n condiiile climatului musonic din Asia (Thailanda) cercetri experimentale n teren, pe o

durat de 10 ani (Henderson, Witthawatchutikul, 1989) au pus n eviden faptul c n bazine hidrografice bine mpdurite, drumurile reprezint cel mai important factor de control al produciei de aluviuni. S-a ajuns pn la 29 % creterea produciei de aluviuni. Experimentul a fost fcut n bazinul rului Mal Toeng (situat la 12039 lat. N i 10024 long E; Sb = 1.12 km2, altitudine medie

11

175 m, panta medie 22%; precipitaii medii anuale 1900-2000 mm) i s-a constatat o rat a eroziunii pe drumuri de 4,96 t/km2/an, n timp ce pe ariile mpdurite rata eroziunii a fost de 0,13 t/km2/an.

Referitor la acest exemplu mai trebuie avut n vedere faptul c eroziunea maxim se produce n timpul construciei i amenajrii drumurilor. Astfel, la un experiment fcut n 1983, n timpul unei ploi toreniale, pe perioada construciei drumului, s-a ajuns la valori maxime de 289 gr. sed./litru, la un debit de 1,46 m3/s, iar debitul trt a atins peste 80 % din debitul total. Ca un element specific este faptul c totui i aceste valori sunt relativ mici i aceasta datorit faptului c circa 70 % din bazin era acoperit cu pdure. Amplificarea eroziunii, n cazul la care ne-am referit, s-a fcut mai ales prin iniierea i dezvoltarea ravenelor aval sau amonte de centura drumului (ravenaia se datoreaz elementului climatic, alternanei de sezoane umede i uscate, ravenele atingnd ntr-un singur sezon limi de 3-16 m, adncimi de 1-3 m i lungimi de 18 - 66 m).

n condiiile climatului temperat-continental, specifice regiunii muntoase din Carpaii Orientali, cercetrile experimentale n teren, pe o perioad de circa 10 ani, realizate de ctre Rdoane (1988) n dou bazine hidrografice: Pngrai (Sb=18 km2, din care 62 % acoperit cu pdure) i Oanu (Sb=38 km2, din care 75,5 % acoperit cu pdure) au scos la iveal urmtoarea situaie. Primul bazin hidrografic prezint o densitate de drumuri 2,06 km/km2, iar al doilea de 2 km/km2. Prin urmare densiti relativ egale ale reelei de drumuri, ns difer nclinarea versanilor pe care s-au amenajat drumurile. Msurtorile asupra concentraiei de aluviuni ale apelor au pus n eviden valori de pn la 125 g/l, iar la ploile toreniale, n mod frecvent 50-80 g/l. n acelai timp, n pdurile de amestec caracteristice regiunii, concentraia de aluviuni a fost cuprins ntre 0,5 - 1,9 g/l.

3.2.3. Impactul geomorfologic al transportului de buteni

De la locul de tiere pn la locul de ncrcare, butenii sunt transportai fie pe versani, fie

pe drumurile forestiere. Traseele de transport constituie, de asemenea, un factor de amplificare a eroziunii, mai ales cnd acesta se face n condiiile unui sol ngheat sau cu un mare grad de umiditate. n cazul transportului direct prin trre, pe trunchiuri i crengi este preluat o cantitate nsemnat de materiale, care, n final, n mare parte, vor fi scoase din bazinul versant. Dar, transportul individual al butenilor, cnd se face pe aceleai trasee i cum este firesc, n lungul pantei, iniiaz formarea de ogae i organizarea unui sistem de ravenaie, care cu timpul duce la formare a torenilor. Fenomenele capt amploare, n mod deosebit, dup aa numitele tieri rase sau defriri. Efectul cel mai important n sporirea produciei de aluviuni al transportului de buteni se realizeaz atunci cnd acesta se face pe cursul rurilor, pentru c antreneaz o mare parte din aluviunile fine ce pot fi evacuate din bazinele hidrografice mici, la viteze i debite minime. ns, un aspect trebuie remarcat din punct de vedere geomorfologic i anume: efectele transportului butenilor prin trre pe versani sau pe cursul apelor sunt atenuate i eliminate cu ct crete suprafaa bazinelor hidrografice, pentru c factorii naturali domin categoric ntregul regim al sistemului aluviunilor, pe msura creterii mrimii bazinelor hidrografice. Efectul influenelor locale, n categoria crora sunt cuprinse i cele antropice sunt dominate de influene regionale.

4. Riscurile geomorfologice legate de activitile miniere Exploatrile miniere, n subteran sau la suprafa, prin decopertare, reprezint o categorie

distinct de influen antropic n morfogenez, fie direct, prin crearea de morfologii de excavare sau depozitare, fie indirect prin halde sau prin staiile de splare. La aceasta se poate aduga comportarea morfogenetic a haldelor, acestea fiind supuse eroziunii n suprafa sau n adncime, i n multe cazuri alunecrilor de proporii. Pentru a remarca rolul mineritului n morfogenez, sunt suficiente cteva exemple din Romnia: exploatrile la zi, de lignit, din Oltenia, cele de sulf din Climani sau cele de aur de la Roia Montan.

Cercetarea geomorfologic aplicat n cazul mineritului presupune urmtoarele obiective majore :

12

1. mineritul ca fenomen de morfogenez; 2. morfologia i dinamica formaiunilor miniere de suprafa; 3. impactul mineritului n sistemul aluviunilor.

4.1. Mineritul ca fenomen morfogenetic Mineritul este singura activitate antropic prin care se aduc la suprafa (adesea de la

profunzimi de peste 1000 m) roci care, n mod efectiv, nu ar putea ajunge n sfera modelrii subaeriene dect dup milioane de ani fa de momentul actual. Cantitatea depozitelor extrase, dac se ia n considerare doar cele aduse la zi ntr-un an, depete de multe ori debitul solid al rurilor. De exemplu la nivelul anului 2002, pe ntreg uscatul, extraciile de minereuri s-au situat la impresionanta cifr de 3000 miliarde tone, n timp ce debitul solid anual transferat de ruri spre mri i oceane a fost de 24 miliarde tone.

n raport cu morfologia creat prin minerit se disting : morfologii de excavaii (tuneluri, galerii, excavaii de suprafa); morfologii de acumulare a minereurilor i a reziduurilor de prelucrare.

4.1.1. Morfologia de excavaie

Aceasta cuprinde dou tipuri principale: de subteran, constituit din puuri i reele de

tuneluri, galerii i de suprafa: (a) morfologia de excavaie subteran - pentru geomorfologie prezint interes doar sub

aspectul forei umane de morfogenez. n primul rnd, pentru c omul, exceptnd aciunea apei asupra rocilor solubile, este cel mai activ agent geomorfologic; n al doilea rnd, pentru c prin aceast activitate de minerit, inclusiv prin exploatarea resurselor de petrol, gaze i ape subterane, se induc ample procese de subsiden i chiar prbuiri de amploare, cu efecte morfologice evidente la suprafa. Cteva exemple n acest sens pot fi concludente: (i) exploatri de sare: n nord-vestul Angliei, regiunea Cheshire, exploatrile de sare au determinat subsidene de pn la 70 m; la Ocnele Mari, prin exploatarea necontrolat a srii, golurile subterane s-au unit, au slbit portana versantului i au favorizat subsidena local a terenului. Bendea (2000) arat c scufundrile maxime, pe aliniamentul N-S, au fost de 194,7 mm, iar pe aliniamentul V-E, de 521,7 mm. n anul 2003 acest proces a culminat cu prbuirea unui volum de 3 milioane m3 roc i formarea unui lac pe o suprafa de aproximativ 7 000 m2; (ii) extracia petrolului i a gazelor: n arealul de extracie Wilmington (SUA), ntre 1928 1970, s-a nregistrat un maximum de 2l6 mm/an; n Azerbaidjan (1912 - 1962) de 50 mm/an; (iii) n cazul exploatrilor de ap subteran este cunoscut cazul oraului Mexico City cu o rata maxim de 250 - 300 mm/an; Tokyo 500 mm/an (n acest caz n 1960, 35,2 km2 din ora era mai jos de nivelul mrii, iar n 1974, 67,6 km2, expunnd cca 1,5 mil. locuitori la hazardul unei inundaii); Bangkok (Thailanda) 100 mm/an; n estul Chinei, ntre 1976 i 2006, subsidena maxim nregistrat a fost de 863 mm.

(b) morfologia de excavaie de suprafa - cea mai mare excavaie de suprafa de pe glob datorat mineritului este considerat Bingham Canyon Copper (Utah), de unde s-au extras 3355 mil. tone de pe o suprafa de 7,21 km2 pn la o adncime de 774 m, de apte ori cantitatea de material scoas din Canalul Panama; exploatarea de cupru de la Roia Poieni, cea mai mare din Romnia i a doua din Europa, a dus la formarea unui crater cu o adncime de peste 300 m; exploatarea de sulf din Climani (1969 1997) se ntindea pe o suprafa de peste 365 ha; arealele cu exploatri de lignit din Oltenia se ncadreaz printre cele mai degradate terenuri din Romnia. Aceste exploatri produc modificri radicale ale reliefului prin nivelarea unor vi secundare, apariia unor cariere de mari dimensiuni (Roiua 411 ha, 130 m adncime); formarea unor imense halde de steril; formarea unor lacuri de baraj prin amplasarea unor halde n bazine secundare. Pe aceste forme de relief are loc o evoluie accelerat a versanilor prin procese de alunecare, prbuiri i ravenri.

13

4.1.2. Morfologia de acumulare Denumirea generic a formelor de acumulare este de halde. Acestea sunt structuri de

acumulare antropic a sterililor, zgurilor industriale, lamurilor, cenuelor i deeurilor menajere. Cercetarea geomorfologic este implicat att ca fenomen morfogenetic, dar i ca element de

aplicabilitate n minerit, cel puin sub dou aspecte: evaluarea condiiilor morfologice i morfodinamice de amplasament a haldelor i a altor forme de acumulare; comportarea acestor morfologii sub aciunea agenilor externi.

Evaluarea condiiilor morfologice i morfodinamice de amplasament a haldelor. Construcia lor trebuie s ndeplineasc cel puin trei condiii tehnico-economice i sociale:

s asigure stabilitatea i prevenirea unor catastrofe cauzate de deplasare materialelor; s previn poluarea mediului, n special a apei prin preluarea i antrenarea de substane din

halde; s se asigure reintegrarea n circuitul economic i ecologic al terenurilor; Cel puin primul i al treilea aspect intr i sub incidena geomorfologiei, deoarece au n

vedere amplasamentul i comportarea la aciunea unor ageni morfogenetici. n acest context trebuie s se in seama de urmtoarele aspecte:

evaluarea riguroas a stabilitii viitorului amplasament (n raport cu cantitatea scontat a fi depozitat);

haldele trebuie realizate pe terenuri neproductive; s se asigure o capacitate de depozitare, pe suprafee minime; soluii pentru ca n final ele s fie redate circuitului economic.

Pentru aceasta sunt necesare studii de teren care s se ncheie cu o prognoz a coeficientului

de stabilitate a terenurilor, cunoscndu-se faptul c perioada de funcionare a haldei este de cel puin 15 ani. Nerespectarea condiiilor de alegere a amplasamentului haldelor a condus la o serie de catastrofe:

n dimineaa de 21 octombrie 1966, pe rul Taff, amonte de localitatea Aberfan (ara Galilor), a avut loc o alunecare de steril care a produs 144 victime (din care 116 copii). Condiiile de amplasare a haldei (care fcea parte dintr-un grup mai mare n care depunerile ncepuser n 1918) erau urmtoarele: material grosier (dimensiuni cuprinse ntre 0,1 - 0,8 mm) depus peste un fundament geologic alctuit din gresii nisipoase, puternic fisurate i permebile, acoperite de argil glaciar n alternan cu pietriuri morenaice; nclinarea i alternana straturilor au favorizat acumularea apei subterane i creterea temporar a nivelului freatic, care au dus la apariia de izvoare; declanarea s-a produs dup o perioad relativ ploioas, formndu-se un torent cu viteza maxim de 37 km/h.

n februarie 1972 a avut loc ruperea haldei de steril Buffalo Creek, cu consecine dezastruoase: 125 victime, 4000 de familii au rmas fr locuin, pagube de peste 62 milioane dolari. Condiiile de producere au fost: existena a trei halde, construite n cascad pe Buffalo Creek n anii 1947, 1960 i 1967, ale cror baraje prezentau fisuri longitudinale; deficiene de exploatare (deversare n partea opus a barajului), care au fcut ca materialele fine s se decanteze i s colmateze drumurile; o ploaie a ridicat cu 1 - 2 m nivelul apei n hald, depind cota digurilor; torenii formai, cu o ncrctur de aproximativ 481.000 m3, au inundat valea pe cca 15 m nlime. Intre altele, comisia de expertiz a accidentului a menionat i lipsa unor studii de teren privind amplasamentul.

Concluziile, dup asemenea catastrofe: studiile se elaboreaz nainte de proiectare, volumul i extinderea acestora stabilindu-se pentru fiecare caz n parte.

Studiile vor cuprinde obligatoriu: evaluarea regional a amplasamentului din punct de vedere geologic i

geomorfologic, cu detalierea zonelor de prbuire (foste exploatri miniere); a zonelor erodabile sau instabile aprute prin crearea unei acumulri de ap, prin splarea unor sruri, prin modificarea structurii geologice sau a ratei unor procese geomorfologice; seismicitatea amplasamentului. Dup

14

cum se observ sunt multe elemente de cercetare care vin n sarcina geomorfologului; evaluri de detaliu a terenurilor de fundaie, aspecte ce revin ca sarcin de cercetare

geotehnicianului. Lor li se adaug, evident studii amnunite de hidrogeologie.

4.2. Morfologia i dinamica haldelor

4.2.1. Morfologia i tipologia haldelor Se pare c preocuparea pentru alegerea formelor haldelor vine din vremuri preistorice,

piramidele din Egipt, America i Orientul ndeprtat fiind cele mai spectaculoase exemple. Criteriul general este asigurarea, n orice moment, a condiiei de echilibru ntre unghiul de frecare intern i unghiul de taluz, raportat evident la multe alte elemente aflate n relaie direct cu condiiile de amplasament.

Abordarea aspectelor geomorfologice n legtur cu haldele presupune o cunoatere a tipologiei acestora.

n funcie de form se ntlnesc 6 categorii (Haigh, 1978): sub form de con; sub form de conuri multiple nirate; creast con (asemenea conurilor aluviale); movile suprapuse, din ce n ce mai mici; multiple conuri - creste; creast joas tip ecartament de travers. Dup proveniena materialelor care intr n componena haldelor, acestea pot fi clasificate

astfel: halde rezultate din industria materialelor de construcii; halde i iazuri de decantare rezultate din industria minier i de prelucrare a

minereurilor; halde rezultate din industria metalurgic; halde rezultate din industria chimic; halde rezultate din reziduuri menajere. Dup locul de amplasare acestea pot fi: halde amplasate pe versani; halde amplasate n vi toreniale; halde amplasate pe terenuri neaccidentate (lunci i terase ale unor ruri); halde amplasate n pe locul de extracie a unor roci (cariere, excavaii miniere).

Dintre toate tipurile de halde, primele dou din ambele categorii de clasificri dein cea mai

mare pondere; acestea apar n arealele montane i deluroase, acolo unde se gsesc aproape toate exploatrile miniere i a materialelor de construcii. Acestea prezint ns riscurile cele mai mari din punct de vedere geomorfologic. Pentru a ti comportamentul acestora fa de procesele geomorfologice, trebuie s cunoatem tipul depozitelor care intr n componena lor. Astfel putem avea:

halde rezultate din materiale provenite de descopertri; halde formate din materiale extrase din subteran; halde din materialele rezultate n urma procesului de prelucrare a minereurilor (lamuri).

15

Haldele rezultate din materiale provenite de descopertri sunt ntlnite mai ales n zonele miniere de exploatare a crbunilor i a unor minereuri, acolo unde se practic exploatarea la zi (n carier). Materialele care intr n componena acestora a rezultat prin ndeprtarea (descopertarea) depozitelor care acopereau zcmntul. n Romnia, cele mai rspndite halde de acest gen sunt cele legate de exploatarea lignitului, din bazinele Motru i Rovinari. n aceast categorie pot fi ncadrate i unele halde din zonele de exploatare n carier a unor zcminte metalifere sau nemetalifere (Roia Poieni, Climani etc.).

Haldele formate din materiale extrase din subteran sunt destul de des ntlnite n arealele de exploatare a minereurilor sau crbunelui. Acestea au dimensiuni mai reduse dect cele din prima categorie, ns pun aceleai probleme.

Haldele rezultate din materialele rezultate n urma procesului de prelucrare a minereurilor (lamuri). Obinerea metalului din minereu comport un proces de mcinare i flotaie, n urma cruia pot rezulta cantiti mari de steril.

4.2.2. Dinamica haldelor

Referitor la dinamica haldelor, multe aspecte depind de natura morfoclimatic n care se

construiete halda. Spre exemplu, n Extremul Orient al Kamceatki, n Scandinavia, n nordul Canadei .a. atenia va fi acordat rolului nghe - dezgheului; n regiunea noastr morfogenetic, rolului apei. Dac haldele sunt bine proiectate i construite n acord cu proiectul, procesele se menin n limite rezonabile pentru a nu pune n pericol stabilitatea general a haldei.

Procesele cele mai frecvente sunt: sufoziunea, eroziunea i ruperea hidrodinamic, aceasta din urm fiind i cea mai periculoas.

sufoziunea, este procesul prin care apele de infiltraie pun n micare particule fine, fr a antrena scheletul, i este condiionat de granulometria materialelor din hald (cnd sunt predominant argiloase, se compacteaz), de mrimea i direcia gradientului hidraulic. Se disting, sufoziuni interioare (n masivul de pmnt); sufoziune exterioar (la ieirea apei printr-un masiv de pmnt); sufoziune de contact (la contactul dintre dou masive de pmnt cnd granulele de nisip mai fin ptrund n spaiile din masivul mai grosier). Ruperea digurilor i apariia fenomenului de cedare a iazurilor de decantare este frecvent influenat de fenomenele sufozionale. Asemenea fenomene au fost nregistrate la iazurile de la Fundu Moldovei, Ostra-Tarnia, Blan, Gura Barza, Teliuc, Deva etc. n multe din aceste situaii s-a intervenit la timp, evitndu-se unele catastrofe. Exist i cazuri cnd fenomenul nu a fost depistat la timp, nregistrn-se pagube nsemnate. Foarte afectat de acest proces a fost iazul Valea Devei (circa 90 m nlime), cu o suprafa de aproximativ 30 ha, la care, n decembrie 1975, s-a format o plnie sufozional cu diametru de 4 m i adncime de 1 m, astfel c digul de amorsare a iazului a suferit deplasri;

eroziunea, se manifest n morfologie sub forma splrilor n suprafa, sub forma organismelor de eroziune n adncime (rill-uri, ogaelor i chiar ravene), sub forma alunecrilor de teren sau curgerilor nroioase, sub forma deflaiei sau eroziunii eoliene etc. Fenomenul acesta de eroziune exterioar este denumit de ctre specialitii n geotehnic, afuiere (splare). Cartografierea riguroas (prin fotogrammetrie periodic) poate oferi informaii de mare utilitate pentru supravegherea haldelor. Procesele de eroziune n suprafa i adncime sunt foarte rspndite pe taluzurile haldelor i iazurilor de decantare. Compoziia granulometric i coeziunea materialelor de steril determin tipul i dimensiunea formaiunilor n adncime care se formeaz. Pe taluzurile iazurilor uzinelor de flotaie, ct i pe cele ale haldelor de cenu de la termocentrale, formaiunile de tip badlands sunt extrem de numeroase. De exemplu, pe materialele fine de sterila ale haldelor i iazurilor de la Fundu Moldovei, Ostra-Tarnia, predomin eroziunea n suprafa i liniar, dup care urmeaz deflaia. La haldele cu granulaie mai mare, eroziunea se instaleaz mai greu, dar dup un timp, eroziunea n adncime devine o prezen obinuit (exemplu, Climani). n privina alunecrilor de teren, o situaie deosebit s-a nregistrat la iazul de decantare nr.2 de pe Valea Podului (Teliuc), unde ncepnd din 1988 s-a conturat o corni de alunecare n versantul stng. Alunecarea a continuat i n perioada 1989 1990, cnd s-a conturat pe taluz o suprafa de rupere cu aspect curbat, care a avansat pn la coronament, afectnd digul pe toat grosimea lui;

16

ruperea hidrodinamic, este n fapt cedarea, ruperea stratelor argilo-prfoase de la suprafaa terenului i expulzarea restului materialului n afara haldei.

4.3. Impactul mineritului n sistemul aluviunilor

Prin minerit se elibereaz o mare cantitate de materiale, care prin intermediul proceselor geomorfologice ajung n reeaua hidrografic. Exemplele prezentate n acest sens n literatura de specialitate conduc ctre aceeai concluzie: albiile de ru, odat perturbate, tind s elimine efectele perturbrii pn la atingerea condiiilor anterioare interveniei. Urmtorul exemplu este foarte ilustrativ: Knighton (1999) ntr-un studiu asupra transportului de sedimente n bazinul Ringarooma (Tasmania), arat c ntre 1975 1984 au intrat n ru, datorit exploatrilor miniere, peste 40 milioane m3 de steril. Anterior exploatrilor miniere albia rului era format din pietriuri cu diametru de 16 64 mm, dup care compoziia s-a schimbat de la pietri la nisip, prin intrarea de material minier, cu un diametru mai mic de 5 mm. n acest interval albia a suferit o agradare, dup care, odat cu ncetarea intrrii de materiale, albia a nceput s se adnceasc.

5. Riscurile geomorfologice n relaie cu amenajrile hidrotehnice

Amenajrile hidrotehnice sunt lucrri care se execut fie pentru folosirea apelor n diferite

scopuri, fie n controlul sau evitarea unor efecte destructive ale acestora. Construciile inginereti care intr n contact nemijlocit cu apa i care, alturi de alte

construcii, echipamente i instalaii cu caracter mecanic sau electric fac parte integrant din amenajrile hidrotehnice poart denumirea de construcii hidrotehnice. Prin construcii hidrotehnice se urmrete folosirea apei n multiple scopuri:

alimentarea cu ap potabil i industrial; producerea de energie electric; irigaii; atenuarea viiturilor; lucrri de aprare i drenare; transportul pe ap, piscicultur, sporturi nautice; ameliorarea microclimatului i a mediului nconjurtor.

Spre deosebire de alte construcii inginereti, construciile hidrotehnice se deosebesc prin

faptul c sunt supuse intens aciunii apei i anume: aciunea mecanic, manifestat prin presiune hidrostatic i hidrodinamic; aciunea fizic: eroziune, afuiere, splri, degradri de betoane i roci; aciunea chimic: degradri de betoane, sufoziune chimic n terenurile de fundaie; aciunea biologic asupra betoanelor sau altor materiale de construcie executat prin intermediul algelor, bacteriilor, ciupercilor.

Realizarea construciilor hidrotehnice necesit lucrri ample cu implicaii directe n

morfogenez i anume: excavaii i umpluturi, betoane de suprafa i n subteran pentru reducerea permeabilitii naturale a rocilor sau devierea apelor curgtoare, aduciuni prin tunele pe zeci i sute de km. Ceea ce este foarte important din perspectiva abordrii geomorfologice este faptul c asemenea construcii sunt condiionate ntr-o mare msur de factorii locali, precum caracteristicile geologice, geotehnice, hidrogeologice, hidrologice i geomorfologice, toate cu mari variaii n spaiu i cu caracter aleatoriu al regimului de variaie. n acest context este de neles c impactul asupra regiunilor nvecinate, asupra componentelor de mediu este deosebit de puternic. Dac ne gndim de exemplu doar la lacurile de baraj, este suficient s avem imaginea amplorii influenelor prin:

17

scoaterea din circuitul agricol i forestier sau altor folosine a unor imense suprafee de teren (lacul Karibe, din Ghana, a influenat 4 % din teritoriul acestei ri);

au loc strmutri de aezri, construcii de drumuri, de instalaii industriale, care produc ample schimbri de mediu (J. Tricart le-a considerat similare cu efectul unei erupii vulcanice, n sensul c schimbrile sunt brutale);

prin bararea circuitului de ap influenele se transmit mult amonte, pe firul acestora, prin fenomenul de remuu;

n aval are loc o degradare a albiilor de ru. Se creeaz astfel un sistem de impact care depete cu mult aria de amplasament a

construciei, impact n care, fr a exagera, relieful reprezint un reper esenial, nu numai pentru configuraie, fa de care trebuie s se in seama n proiectare, dar mai ales prin potenialul dinamic al acestuia. Mult timp, unele aspecte privind relieful ntr-un asemenea context au fost abordate n studiile geotehnice i trebuie recunoscut c nu totdeauna au fost rezolvate cu profesionalism, dovad numeroase accidente privind construciile hidrotehnice, puse n legtur i cu evaluarea condiiilor morfodinamice.

5.1. Cercetri geomorfologice n cazul construciilor hidrotehnice Orice proiectare i amenajare hidrotehnic de tip baraj necesit o evaluare ct mai corect a

condiiilor geomorfologice, iar n raport cu amploarea evalurii i scopului n funcie mai ales la faza de referin, proiect sau exploatare a amenajrii se disting patru categorii de studii i cercetri i anume :

cercetri pentru alegerea strategiei de amenajare; cercetri de amplasament sau de prognoz; cercetri de supraveghere a exploatrii amenajrii i impactului asupra reliefului; cercetri speciale sau punctuale (pe cazuri-studiu ) sau probleme distincte generate de

amenajare. 5.1.1. Cercetri pentru alegerea strategiei de amenajare O asemenea categorie de cercetri se aplic de regul pentru teritorii vaste, de regul mari

bazine hidrografice sau, de cele mai multe ori teritorii administrative de nivel de ar sau mari provincii economice, istorice, avndu-se n vedere toate componentele de mediu, economice, sociale sau istorice. Ct privete cercetrile de evaluare geomorfologic acestea trebuie s aib n vedere urmtoarele aspecte:

rata colmatrii lacurilor de baraj care se exprim n procente din capacitatea inial a lacurilor proiectate.;

t50 de colmatare, respectiv timpul necesar pentru colmatarea a 50% din capacitatea unui lac de acumulare. Timpul de colmatare n ani este dat de raportul dintre volumul total al lacului i volumul anual de aluviuni care intr n lac;

coeficientul de acumulare a apei n lac, dat de raportul ntre volumul mediu anual de ap al scurgerii rului i volumul total al lacului;

rata transportului specific de aluviuni (t/km2/an).

Toate acestea sunt necesar a fi evaluate cu rigoare pentru a se evita adevrate catastrofe cnd lacurile sunt scoase ntr-un timp foarte scurt din funciune. Menionm doar cteva exemple de acest fel. Lacul Cirirkutsk de pe rul Sulak (Daghestan) cu Vt - 100 mil. mc s-a colmatat 90% n primii 5 ani; lacul Uciguran de pe Narin (Noua Anglie) cu Vt - 50 mil.mc s-a colmatat dup 7 ani 60%; lacul Farhad (pe Sr Darea) cu Vt - 265 mil.mc, care dup 5 ani s-a redus la 10 mil.mc; la noi, lacul Piteti - 4,8 mil.mc, colmatat 85% n 4 ani .a.

Un studiu ntreprins de Ichim et al. (1995) asupra a 138 lacuri de pe ntregului teritoriu al rii noastre, n care a luat n consideraie cei doi parametri (rata colmatrii, t50 raportat la producia specific de aluviuni i la volumul iniial) a scos n eviden urmatoarele concluzii:

18

80% din lacuri sunt amplasate n regiuni cu o mare rat a transportului specific de debit solid - 100t/km2/an

14% dintre lacuri n zone cu rate foarte mari, de pn la 500 t/km2/an; exist o evoluie strns (coeficient de corelaie de 0.93 - 0,92) ntre t50 i rata specific

de transport, excepie fcnd lacurile n cascade pe marile ruri. S-au separat astfel : regiunile montane, cu rat mic de colmatare; dealurile i podiurile, cu o rat moderat; Subcarpaii cu o rat foarte mare, la care se adaug i lacurile n cascad. Autorii afirm c dac s-ar fi evaluat, cel puin la cadrul general, asemenea raporturi se evita

reducerea T50 de colmatare la multe lacuri, i n primul rnd la cele n cascad (Olt, Arge, Siret). Oricum, n cazul rii noastre, din punct de vedere geomorfologic, regiunea subcarpatic nu este favorabil amenajrii de lacuri de baraj, i c dimpotriv trebuie asigurat tranzitarea aluviunilor la viituri. Specialitii opteaz acum pentru amenajrile aa-zise enalizate (canale) care asigur un mare tranzit de aluviuni; sistemul hidroenergetic Buzu, aval de Siriu este conceput n mare parte n aceast viziune i s-au fcut proiecte de enalizare a lacurilor de pe rul Arge.

5.1.2. Cercetri de amplasament sau de prognoz Elaborarea oricrui proiect de amenajare prin nchiderea seciunilor transversale de albii sau

vi, are ca reper de baz locul de amplasare al lucrrii s.s. i al ariei ce urmeaz a fi inundat, locul privit din punct de vedere geologic i geomorfologic, n primul rnd ca stabilitate i siguran maxim n exploatarea viitoarei lucrri i pentru evitarea oricror posibiliti de avarie sau distrugere. Deci atenia cercetrilor este concentrat asupra amplasamentului s.s., dar din punct de vedere geomorfologic i asupra versanilor adiaceni, cu potenial dinamic. n acest context se recomand realizarea urmtoarelor documente de cartografie geomorfologic :

hri morfometrice (hipsometric, nclinare, energie de relief); harta depozitelor superficiale; harta proceselor geomorfologice actuale; harta geomorfologic general; harta susceptibilitii la alunecri i alte procese de micare n mas; harta erodabilitii terenurilor; harta de risc geomorfologic, tiindu-se c amenajarea nu nseamn doar barajul i lacul ci

i apariia unor noi vetre de sat, drumuri, alte structuri care pot schimba radical comportarea terenurilor ca stabilitate.

Cel mai elocvent exemplu de la noi din ar este dat de lacul Izvorul Muntelui, unde satele au migrat pe versantul stng, un versant cu groase depozite deluviale, ceea ce a condus la mrirea riscului producerii alunecrilor care s afecteze structurile antropice cu att mai mult c subinundarea versantului, mpreun cu abraziunea sunt factori permaneni de dezechilibru n condiiile n care lacul, prin proiect, este prevzut a avea mari oscilaii de nivel.

Aceasta este doar o perspectiv privind cercetrile geomorfologice asupra amplasamentului. Ea se cere a fi completat cu:

evaluarea potenialului de eroziune din bazinul amonte; a stocului aluvionar din albiile situate n amonte; a relaiei dintre producia de aluviuni i raportul de efluen; a granulometriei i petrografiei aluviunilor; a surselor de aluviuni, pentru c amenajarea unui sistem hidroenergetic nu nseamn

barajul, lacul i hidrocentrala, ci i lucrri de asigurare a unei ct mai bune i ndelungate exploatri a sistemului.

n concluzie, pentru evitarea problemelor nedorite, nainte de amplasare trebuie avut n atenie ntreg bazinul hidrografic, evideniindu-se, cu deosebire, potenialul de instabilitate al amplasamentului s.s., al versanilor limitrofi i potenialul de efluen aluvionar la intrarea n lac.

19

5.1.3. Cercetrile de supraveghere geomorfologic a exploatrii amenajrilor i impactului

asupra reliefului

Odat cu formarea acumulrii, a lacului, se are n vedere un program de observaii i msurtori asupra :

stabilitii versanilor din vecintatea imediat a lacului; dinamicii rmurilor, tiindu-se c n prima faz de formare a lacului, modificrile sunt

adesea brutale; dinamica formaiunilor toreniale, a altor procese morfogenetice (curgeri de pietre,

avalane etc); dinamica proceselor de colmatare, ca rat a intrrii sedimentelor n lac, dar i ca mobilitate

a acestora n aria cuvetei; modificrile produse prin decolmatri periodice (mecanice sau splri hidraulice).

5.1.4. Cercetri speciale sau punctuale Sunt incluse n aceast categorie cercetrile solicitate atunci cnd au aprut unele fenomene

care impun soluii urgente, pentru a nu periclita sigurana amenajrii: de exemplu, accelerarea instabilitii unui versant; evenimente de torenialitate i colmatare ritmic; decolmatri i redimensionri ale lucrrilor precum i schimbarea regimului de exploatare al amenajrilor. Un exemplu n acest sens este destul de concludent:

Pe versantul stng al lacului Izvoru Muntelui s-a constatat o recrudescen i o amplificare a alunecrilor de teren dup darea n folosin a lacului, amenajarea oselei i mutarea vetrei de sat (cca 13.000 locuitori) pe versant. Pentru a ine fenomenul sub control s-a iniiat un program de msurtori i analize privind fenomenul. Experimentul a fost realizat pe o durat de peste 10 ani de colectivul Staiunii de Cercetri Stejarul. Concret s-au luat 9 bazine versant, cu condiii litologice i de relief distincte i s-au instalat repere pentru msurarea vitezei alunecrilor la suprafa i n adncime, cu ajutorul tubulaturii slope (nclinometre), fixate ntr-o reea de foraje de pn la o adncime de 15 - 20 m. n paralel s-au fcut msurtori privind scurgerea apei n drenuri, precum i a chimismului acestei ape, asupra rezervei de ap din zpad, asupra eroziunii n suprafa etc. Evident s-au luat n analiz i ali factori i, de asemenea, s-au fcut msurtori periodice privind dinamica rmului lacului. Studiul realizat, dup 10 ani de msurtori a constituit suportul principal al soluiilor pentru stabilizarea DN l5, pentru evaluarea gradului de risc n cazul amplasrii altor construcii, mai ales turistice, ntre osea i rmul lacului; pentru supravegherea regimului nivelelor, n sensul raportrii acesteia mai strict la fenomenele din zona cu risc de periculozitate sporit i apoi la regimul de producere de energie n reea. Din pcate, concluziile acelui studiu au fost uitate repede i ca urmare consecinele se vd n peisaj.

5.2. Efecte geomorfologice ale barajelor

Unii autori consider schimbrile provocate de apariia barajelor similare celor determinate de schimbrile climatice.

5.2.1. Efectul barajelor asupra albiilor de ru din aval Barajele reprezint o schimbarea abrupt n evoluia albiilor (Schumm, 1977), deoarece

marea majoritatea a acestora rein o parte din debitul lichid i peste 95 % din aluviuni. 5.2.1.1. Efectul barajelor asupra regimului de scurgere lichid O serie de baraje rein apa pe durata ntregului an, deversrile fcndu-se la intervale mari

(Gonford i Conchas pe Canadian River, Lacul Izvoru Muntelui etc.); alte baraje rein apa numai o

20

parte din an (Sanmenxia pe Huanhe); altele doar o parte a zilei (Lacul Zahorna, pe Bistria). n acest context pot fi individualizate trei elemente de regim:

reducerea apelor mari, respectiv a viiturilor, cu efect asupra modificrii parametrilor

albiilor; efectul asupra scurgerii medii multianuale este mai puin pregnant, acesta realizndu-se

n proporie de 60 70 % din scurgerea anterioar nchiderii barajului; tendina de cretere a scurgerii minime, cu deosebire n cazul rurilor din regiunile

semiaride.

5.2.1.2. Efectul barajelor asupra reducerii scurgerii de aluviuni Lacurile de baraj, n special, cele mari, funcioneaz ca un decantor pentru aluviunile ce

provin din bazinul hidrografic, nct apele uzinate sunt aproape cu totul lipsite de ncrctur solid. Efectul barajului asupra stocrii debitului solid este ilustrat n fig. 5.1., n care este descris situaia barajului Hoover (pe Colorado), unde transportul de aluviuni a fost msurat nainte i dup nchiderea rului, la o staie situat la 430 km amonte de baraj i la alta, aval cu 180 km de baraj. S-a observat c nainte de nchiderea barajului, n 1936, variaia scurgerii anuale de aluviuni la cele dou staii era asemntoare. Dup nchidere, scurgerea de aluviuni amonte de lac a continuat acelai tip de variaie, dar n aval de baraj, debitul solid a sczut la valori extrem de mici. Efectul de captare a aluviunilor a fost de 87%.

Fig. 5.1. Variaia anual a debitului solid n suspensie a fluviului Colorado, nainte i dup

nchiderea barajului Hoover (Williams, Wolman, 1984) n legtur cu reducerea scurgerii de aluviuni, o ntrebare a suscitat un interes aparte: ce

distan n aval de baraj este necesar pentru ca rul s-i refac concentraia de aluviuni? Williams i Wolman (1984) arat c aceast distan este controlat de doi principali factori:

tipul de depozite din patul albiilor i volumul aluviunilor transportate de aflueni. n cazul rului North Canadian amonte de baraj, rul transporta aproximativ acelai volum de aluviuni nainte i dup nchiderea barajului care a avut loc n 1948. La 5 km aval de baraj, reducerea n concentraia de suspensii a fost total. La 140 km aval de baraj, debitul solid se reface n mare parte, dar diferena rmne pregnant, chiar i la 182 km. Abia la 499 km aval de baraj, unde bazinul hidrografic crete cu 4 640 km2 fa de cel realizat de baraj, concentraia de aluviuni se reface la valoarea celei de dinainte, devenind chiar mai mare n timpul viiturilor. Prin urmare, rului i este necesar o lungime de circa 500 km pentru ca s-i refac concentraia de aluviuni anterioar nchiderii barajului (fig. 5.2.).

Tendine similare au fost identificate i pentru alte ruri:

21

Rul Red, aval de barajul Denison, dup 17 ani de la nchidere, la 150 km aval, concentraia de aluviuni a fost 20 55 % din concentraia anterioar barajului, pentru acelai debit lichid; la 387 km aval de baraj a fost 50%, i persist nc pe sute de kilometri sub concentraia anterioar;

Pe fluviul Missouri, aval de barajul Gavins Point, dup 1950, debitul solid la 8 km aval de baraj a fost 1 % din valoarea anterioar barajului, iar la 1147 km aval a ajuns la valoarea de abia 30%;

Pe fluviul Nil, aval de barajul Assuan, chiar la 965 km distan, dup 2 ani de la nchidere, debitul solid anual a fost de 20 % din valoarea anterioar;

Pe rul Han, aval de barajul Danjiangkou, China, dup nchiderea baraj ului n 1967, cantitatea de aluviuni transportat este redus la minimum imediat aval de baraj, la 29,7% din valoarea anterioar barajului, la o distan de 229 km aval i la 39,6% la 480 km aval de baraj;

Fig. 5.2. Efectul barajului Canton asupra tranzitului de aluviuni n lungul rului North Canadian (Williams, Wolman, 1984)

Concentraia n aluviuni a fluviului Galben, imediat aval de barajul Sanmenxia, s-a

realizat n proporie de 64% la debite de 1 000 2 000 m3/s i 82% la debite de 3 000 m3/s, fa de cea anterioar.

5.2.1.3. Efectul barajelor asupra geometriei plane a albiilor de ru

Se cunoate c geometria plan a albiilor este strns legat de frecvena i mrimea curgerii, respectiv, de variaia debitelor, de o anumit categorie de debite i, n mod special, de debitul la albie plin. Se nelege c modificarea regimului rului prin baraje, se rsfrnge direct i n ce privete configuraia plan a albiei.

(i) n cazul albiilor meandrate, reducerea debitului rului prin barare determin o reducere efectiv a lungimii i amplitudinii meandrelor. Raionamentul este ct se poate de simplu. Se cunoate c exist un raport de determinare ntre elemente ce definesc geometria meandrelor i lrgimea albiilor. Prin urmare, efectul se va produce pn la realizarea unui nou echilibru ntre noul regim al curgerii i morfologie. Spre deosebire de ajustrile n seciune, fenomenul se evidenieaz ntr-un timp mai ndelungat.

22

(ii) n cazul albiilor mpletite, efectul reteniei prin baraje se evideniaz ntr-un timp mult mai scurt dect n cazul meandrelor. Spre exemplu, albia rului Bistria, aval de Piatra Neam, datorit devierii apelor Bistriei pe canale betonate, pe vechiul curs, debitul s-a redus foarte mult: nainte de amenajare, debitul mediu al rului era de circa 56 m3/s, debitul de umplere al albiei de circa 150 m3/s; dup amenajare, debitul mediu (n seciunea de la intrarea n lacul de baraj Racova, la circa 25 km, aval de barajul de la Piatra Neam) era 19 m3/s, iar debitul de umplere a albiei de 160 m3/s (n seciunea Frunzeni). Pe de alt parte, exist deversri de la uzinele hidroelectrice situate amonte de Piatra Neam, care uneori pot depi de peste 10 ori debitul rului realizat prin alimentare natural (februarie 1969, mai 1970, mai 1971, octombrie 1972, iunie 1973, iunie 1975 etc.

n aceste condiii, cele mai importante schimbri, care au aprut n configuraia albiei, pot fi rezumate astfel:

tendina de individualizare a unei albii unitare, dar de o mare instabilitate, dovedit i de amplitudinea mare pe care o are patul mobil, de peste 1 m;

reducerea mpletirii albiei, de la un coeficient mediu de 3,22 la 1,6.

5.2.1.4. Efectul barajelor asupra morfologiei patului albiei Rspunsul morfologiei patului albiei de ru la amenajarea de baraje poate fi rezumat n

legtur cu urmtoarele tendine : adncirea sau degradarea; supranlarea sau agradarea.

Termenii degradare-agradare sunt folosii curent n literatura geomorfologic n legtur cu abaterea negativ (degradarea) sau pozitiv (agradarea) a albiilor de ru de la linia profilului de echilibru (grade"), realizat pe durata mai multor ani. Dei mecanismul de producere a acestor procese este eroziunea i acumularea n albii, termenii degradare-agradare au fost propui i folosii pentru a arta c procesele se produc pe o durat mai mare i nu pot fi confundate cu eroziunile i acumulrile spontane ce au loc n albiile de ru.

(i) Degradarea sau adncirea albiei pus pe seama influenei reducerii scurgerii lichide de ctre baraje a fost descris prima dat de Lawson (1924) n legtur cu albia Rio Grande aval de Elephant Butte. Acesta a fost construit n 1915 i s-a constatat c n aval, pe o distan de peste 100 km, albia s-a adncit cu 1,5 m. Odat cu creterea numrului de baraje construite, semnalrile n literatur asupra fenomenului au devenit din ce n ce mai numeroase.

S-au nregistrat astfel valori de adncire de aproape 8 m pe rul Colorado, aval de barajul Glen Canyon considerat a fi una din nregistrrile record. Situaii cu totul excepionale sunt cele citate de Dumitrescu i Rzvan (1972): adncirea albiei cu circa 15 m (n gresii dure) n aval de barajul Tenkiller (S.U.A.) i cu 28 m n aval de barajul Bihaud (India), sau formarea unor caverne" cu adncimi pn la 45 m, aa cum s-au constatat n aval de barajul Grand Coulee (S.U.A.).

Distana de propagare a degradrii albiei aval de baraj este n funcie de urmtorii parametri: debitul mediu de viitur, timpul de degradare, dimensiunea dominant a materialului de albie i suprafaa seciunii transversale (Williams, Wolman, 1984). Exemplele pe care le aduc autorii prezint lungimi de degradare ce variaz ntre 4 km i 120 km. Ratele de migrare a degradrii sunt mari n primii ani dup nchiderea barajului (ntre 1 km/an i 42 km/an) i se diminueaz cu trecerea timpului. Din msurtorile de pn acum la nici unul din cazuri procesul de extindere a degradrii nu a ncetat, cu toate c perioada de observaie a depit, n multe cazuri, 50 de ani.

Problema ajustrii profilului longitudinal aval de baraje. Mackin (1948) a artat c n mod teoretic, dup construirea unui baraj, n aval, profilul longitudinal al albiei de ru va suferi modificri importante n principal prin atenuarea pantei. ns msurtorile asupra modificrii profilului longitudinal au evideniat modificri cu totul nensemnate n schimbarea pantei profilului longitudinal. n opinia lui Guoyuan (1984), indiferent de condiiile climatice n care este amenajat barajul, n evoluia profilelor longitudinale pot s apar trei situaii:

forma profilelor va deveni concav sau liniar n cazul unor albii cu pietri a cror dimensiune descrete gradat i unde adncirea va avea loc n mod inegal;

23

forma profilelor longitudinale va rmne neschimbat n cazul unor albii cu pat nisipos, unde degradarea va avea loc paralel cu linia anterioar a profilului;

forma profilelor longitudinale va deveni convex n cazul unor albii n care roca n loc este la zi sau n cazul unor albii cu un masiv aport de debit solid al afluenilor.

Dac se presupune c modificrile n scurgerea lichid i n cea solid rmn relativ aceleai o lung perioad de timp, atunci tendina general de ajustare a albiei poate fi exprimat n felul urmtor: o coborre maxim, imediat aval de baraj i o atenuare a acestei degradri, n lungul rului, care se poate manifesta uneori, pe distane de sute i sute de kilometri, fr o modificare esenial a pantei. Desigur, aceasta reprezint o tendin ideal", dar aa cum o ilustreaz numeroase cazuri din natur, exist multe deviaii (fig.5.3.).

Fig. 5.3. Evoluia profilelor longitudinale aval de unele baraje (Ichim, Rdoane, 1986) (ii) Agradarea sau supranlarea albiilor n aval de baraje a fost semnalat mai puin n

literatur, pentru c de fapt nici nu este o caracteristic pentru aceste sectoare. Este un proces mai lent, deoarece necesit intervenia unor surse de aluviuni, n condiiile de scurgere lichid redus. Sursele de aluviuni care colmateaz albiile n aval de baraj au provenien foarte diferit. Proporia cea mai mare o deine aportul tributarilor; de asemenea, vegetaia aprut dup amenajarea barajului n albiile rurilor din inuturile semiaride (datorit rolului acestora asupra reducerii viiturilor i creterii scurgerii de baz) favorizeaz agradarea albiilor n aval de baraje. Alte surse pot fi: adncirea imediat aval de baraj i deplasarea frontului de aluviuni n aval, materialul rmas n albie dup terminarea construciei barajului, alunecri de teren .a.

5.2.2. Efectul barajelor asupra albiilor de ru situate n amonte De obicei, amonte de lacurile de baraj are loc o supranlare (agradare) a albiilor. Procesul,

denumit fie acumulare regresiv (coala rus), fie agradare progresiv (coala american), este explicat ca rezultat direct al formrii deltelor i migrrii curbei de remuu pe albia rului, altfel spus, este efectul noului nivel local de baz.

24

Unul dintre cele mai discutate cazuri a fost influena lacului Elephant Butte (S.U.A.) asupra colmatrii albiei Rio Grande nspre amonte. Prin proiect se prevzuse c influena lacului se va resimi pe circa 16 km amonte de lac. Dup msurtorile din 1935 (dup 20 de ani de la amenajarea lacului) s-a constatat c influena s-a resimit mai mult amonte, astfel: amonte 40 km de lac s-a nregistrat o agradare de 3,5 m cu aluviuni fine; la 120 km amonte de lac s-a msurat o agradare cuprins ntre 0,60 m i 1,20 m (Mackin, 1948).

S-a artat c prin continuarea aceluiai ritm de agradare, pagubele care s-ar produce n lungul vii fluviului (distrugerea oselelor, cilor ferate, oraelor, lucrrilor de irigaii, terenuri agricole) ar depi cu mult beneficiile aduse de amenajrea barajului.

O situaie similar s-a nregistrat amonte de lacul Sanmenxia, amenajat pe fluviul Galben. Pe afluentul Weihe, ntre septembrie 1960 i martie 1962, n localitatea Tunguan, imediat amonte de lac, s-au acumulat depozite pe o grosime de 4,5 m. n amonte, agradarea a migrat pe o distan de 64 km, iar pn n 1964 pe o distan de 250 km. Potrivit cercetrilor experimentale, limita maxim de extindere a acumulrii regresive pe profil longitudinal este de pn la 5 ori nlimea barajului.

5.3. Fenomene extreme n legtur cu lacurile de baraj Lacurile de baraj pot induce i alte fenomene care n mod normal au loc i sunt controlate de

factori geologici la scara regional-planetar, att ca arie de manifestare, ct i ca timp de pregtire" i aciune. Dintre aceste fenomene menionm: subsidena, seismele i marile deplasri de teren.

5.3.1. Subsidena

Subsidena este un fenomen de coborre lent, extrem de nceat (cel mult de ordinul ctorva

mm/an) a suprafeei terestre i cuprinde, de regul, mari ntinderi de teritoriu. Principala cauz este tasarea" stratelor geologice profunde. Aproape toate marile cmpii de acumulare ale globului corespund unor arii de subsiden. Cele mai elocvente exemple snt marile cmpii ale fluviilor Amazon, Mississippi, La Plata; dar i n lungul Dunrii, n special n Cmpia Dunrii Mijlocii, subsidena este foarte activ i a avut o amploare deosebit n tot cursul cuaternarului. Aa se explic prezena groaselor depozite aluviale i a teraselor ngropate. Pare inimaginabil s credem c intervenia antropic poate conduce la fenomene de asemenea amploare. i totui, poate conduce.

Fig. 5.4. Fenomenul de subsiden impus de lacul Mead (Longwell, 1960)

Am ales pentru exemplificare unul dintre cele mai interesante cazuri, n contrast cu

condiiile geologice care nu par a fi deloc favorabile subsidenei. Este vorba de lacul Mead (S.U.A.), unul dintre lacurile gigant de pe glob. Lacul s-a format prin construcia barajului Hoover n Canionul Negru al fluviului Colorado, la 50 km de vestita staiune Las Vegas. Dup ce proiectul a fost autorizat de Congresul S.U.A., n 1928, construcia a nceput n 11 martie 1931, iar la 1 februarie 1935 a nceput acumularea apei i a durat pn la 11 iulie 1938. Barajul, n arc, cu o

25

nlime de 221 m, a permis o acumulare de 36,70 km3 ap. Factorii care au favorizat subsidena au fost:

caracterul de graben tectonic al bazinului, cu numeroase falii; prezena a numeroase epicentre seismice; compactarea sedimentelor.

Dup 15 ani de la bararea fluviului se ajunsese la o subsiden de 175 mm, iar pentru

ntreaga arie a lacului, o subsidena medie de 62 mm. Procesul s-a produs difereniat, dar din distribuia diferitelor puncte de msurare rezult dispunere aproape concentric n raport cu centrul de greutate a lacului (n vecintatea bazinului Virgin), a liniilor de egal subsidena, dovad c aceasta este cauza principal a subsidenei (fig. 5.4.). Suprafaa de nregistrare a subsidenei este de cteva mii de km2 i s-a extins i n zona Platoului Colorado, recunoscut prin stabilitate tectonic. Datorit acestui proces general, a cobort i barajul, ceea ce a redus sensibil capacitatea lacului la nivel maxim.

5.3.2. Seismele Un alt fenomen care poate fi generat de amenajarea lacurilor de baraj, uneori atingnd

proporii greu de imaginat, n raport cu cauza, respectiv intervenia antropic asupra scoarei, sunt seismele. Ele fac parte din categoria seismelor induse. Cnd s-a pus pentru prima dat o asemenea problem, o mare parte a specialitilor au manifestat serioase rezerve. Acest fapt s-a constatat i la Conferina Mondial de Inginerie Seismologic din ianuarie 1969 (Santiago de Chile), dup ce trecuse doar un an de la catastrofa produs de avaria barajului Koyna (India), datorit unui violent cutremur, de gradul 6,3 pe scara Richter (10 decembrie 1967), cutremur cauzat de umplerea lacului. Scepticismul unei asemenea ipoteze era pe deplin justificat, dac ne gndim c locul de formare al cutremurelor este, de regul, la cteva zeci de kilometri n adncul scoarei. Ulterior, aa cum a artat Rothe (1973), n sprijinul argumentrii noii ipoteze, n regiunea Denver (S.U.A.) s-au fcut simulri prin injecii de fluide sub presiune i observaii la umplerea lacurilor Luis i Oroville din California. Rezultatele au confirmat presupunerile ipotezei.

O serie de condiii geologice favorizeaz producerea seismelor induse, cum ar fi fracturile, chiar dac n aparen apar ca terenuri sigure. ns nu numai fracturile pot favoriza seismele induse, ci i eterogenitatea litologic, diaclazele, capacitatea de absorbie a rocilor, care schimb, la rndul ei, presiunile interstiiale din roci etc. Studiile referitoare la seismele induse de ctre lacurile de baraj au scos n eviden urmtoarele concluzii:

cutremure de magnitudine mai mare de gradul 6 pe scara Richter au fost induse deopotriv de lacuri supergigant (lacul Kariba cu un volum de 160 km3) i lacuri cu volum sub 5 km3 (lacul Kremasta, Grecia i lacul Koyna, India), iar dac lum n seam i cutremure de magnitudine 5, constatm c ele pot aprea chiar i n zona lacurilor de cteva sute de milioane metri cubi (lacul Monteynard, Frana). De aici, rezult clar o prim concluzie: masa de ap nu este factorul principal care declaneaz seismele;

toate cutremurele puternice s-au produs n cazul lacurilor cu baraje mai nalte de 100 m, de unde o a doua concluzie: nlimea coloanei de ap i a sedimentelor acumulate este un factor important n inducerea cutremurelor; n acest caz, asocierea cu masa de ap este obligatorie;

pe msura umplerii lacurilor, cutremurele principale apar, de regul, la puin timp de sfritul primei umpleri a lacurilor, dar snt precedate de ocuri secundare care apar cu mult nainte. Aceasta ne ofer o a treia concluzie: ntre umplerea lacurilor, creterea numrului de seisme i a intensitii lor este un raport mai mult sau mai puin direct;

epicentrele se situeaz, aproape exclusiv, n ariile cuvetelor, n apropiere de baraje, uneori pot fi mai multe epicentre cu importan major, aa cum s-a constatat la lacul Kariba, iar condiiile geologice snt favorabile, de la cele care caracterizeaz regiuni considerate, practic, neseismice (formaiunile baltice i rocile precambriene din bazinul lacului Koyna), la regiuni fracturate cu regim tectonic de tip rift (valea Zambezi n zona lacului Kariba) sau roci sedimentare casante n alternan cu strate mai moi (zona lacului Monteynard). Adncimea la care se situeaz

26

hipocentrul este de civa kilometri, dar poate ajunge la peste 20 km. Toate acestea ntresc concluzia c lacurile de baraj induc seismele;

aria pe care se resimt cutremurele determinate de lacuri se extind pn la mii de kilometri ptrai (cazul lacurilor Mead i Koyna).

n Europa, unul dintre cele mai puternice seisme induse a fost n Grecia, cauzat de umplerea lacului Kremasta. Pentru acest lac s-a demonstrat clar relaia direct ntre creterea nivelului lacului i numrul de cutremure.

ns cele mai puternice cutremure induse s-au datorat lacului Koyna, pe rul Shiavjisager, situat n Podiul Decan (India), ntr-o regiune cu mare stabilitate tectonic. La puine luni de la umplere (cca 86 mil. m3 din cei 2 780 mil. m3 volum maxim) s-au observat ocuri seismice, ceea ce nu las nici o ndoial c lacul este cauza principal. Mane (1967) arat c, n septembrie, dup o relativ perioad de stabilitate, s-au produs dou ocuri mai importante (14 septembrie), urmate la 3 luni (10 decembrie 1967) de ocul destructiv al barajului (7 grade pe scara Richter), care a cauzat, ntre altele, 177 de mori i circa 2 300 disprui. ocuri puternice, pn la magnitudinea de 5,4 s-au produs si dup catastrof (29 martie 1968).

Un caz care a strnit foarte multe discuii ntre specialiti este al lacului Vaiont (Italia). i n acest caz exist o corelaie evident ntre variaia nivelului lacului i numrul de ocuri. n noiembrie 1960, la umplerea pn la 130 m au avut loc15 ocuri perceptibile, ntre 15 aprilie - 15 mai 1962, 50 de ocuri i 60 de ocuri n primele 15 zile de la umplere. Faptul c principala cauz a accidentului produs n 1963 a fost o mare deplasare de teren, a pus mai puin n discuie efectul cutremurelor induse de lac. n realitate, ocurile repetate au favorizat deranjarea echilibrului unui versant aflat n condiii poteniale de declanare a marii deplasri de teren.

Pentru cutremurele induse de lacuri din ara noastr, Pricu et al. (1980) prezint cteva date referitoare la lacurile Izvoru Muntelui, Vidra i Vidraru (tabelul 5.1.). Nu se fac aprecieri asupra magnitudinii acestora, dar se menioneaz c sunt microseisme. Autorii au considerat microseisme induse pe cele cu epicentrul situat n vecintatea lacurilor, la distan maxim de 16 km. Pe baza analizei microseismelor induse de lacul Vidraru, au ajuns la concluzia c activitatea seismic indus se poate prelungi n timp muli ani dup umplerea lacurilor.

Tabel 5.1. Cutremure induse de lacuri de baraj din Romnia

(Pricu et al., 1980)

Numr de cutremure Barajul Perioada total induse

Izvoru Muntelui XI 1974 IV 1975 346 58 Vidra-Lotru XI 1974 IV 1975 829 213

Vidraru-Arge IV 1975 X 1975 542 80

5.3.3. Deplasrile de teren Am gsit oportun s prezentm n acest context, fenomenul cu totul deosebit produs la lacul

Vaiont din Italia pentru c, prin amploare, se nscrie n seria dezastrelor de proporie, cum ar fi celor datorate cutremurelor, i n plus, exist presupuneri ale unei legturi directe ntre seismele induse i procesul de alunecare.

Barajul Vaiont (Italia), amplasat pe un afluent torenial al rului Piave, este unul n arc, i are o nlime de 265 m. Umplerea lacului, cu un volum total de circa 150 mil. m3, a nceput n februarie 1960. Seciunea de vale n care a fost construit barajul este adnc de circa 300 m, cu versani abrupi, adesea n surplomb. Geologia cuvetei este dat de roci calcaroase, marno-calcare (de vrste liasic, dogger, malm, cretacic inferior i superior), dispus ntr-o structur general de monoclin. Construcia a nceput n 1956 i s-a terminat complet n 1961. n noaptea de 9 octombrie 1963, ora 22, s-a produs o alunecare catastrofal. Timp de circa 100 secunde, un imens masiv de pmnt de aproximativ 300 mil. m3, de pe o suprafa de 1,9 km2, s-a deplasat n lac cu o vitez de

27

circa 61 km/or (vitez maxim = 17 m/s), urcnd" pe versantul opus al vii (fig.5.5.). Barajul nu a fost distrus, n schimb, s-au dislocat complet 48 mil. m3 de ap, care au fost evacuai din lac. Unda de ap, ntr-un val imens, a depit cu circa 60 m nlimea barajului, a exercitat o intens eroziune i a indus un cutremur nregistrat pn la Trieste, Roma i Messina (Sellv et al., 1961). Iat, pe scurt, dup aceiai autori, filmul evoluiei acestui fenomen pn n momentul catastrofei. n timpul umplerii lacului, la 4 noiembrie 1960, cnd nivelul apei a atins cota 652 m, s-au manifestat primele semne ale alunecrii, cu viteze de circa 40 mm/zi, n lac ptrunznd circa 700 000 m3 depozite, care au produs o und de 2 m nlime. La 26 septembrie 1963, cnd lacul se afla la cota 710 m, deplasrile au fost reactivate cu o vitez maxim de 22 m/zi. Fisuri pe suprafaa versantului au fost observate i n februarie 1961. Dup reactivarea din septembrie 1963, s-a recurs la o scdere a nivelului lacului, dar la 9 octombrie 1963, n timp ce nivelul lacului era la 700 m s-a produs alunecarea catastrofal. Dup stabilizarea situaiei, s-au format 3 lacuri mici ntre care: lacul Masalepa, un lac lng baraj, i lacul Erta de 20 mil.m3. Cauzele care au declanat aceast alunecare considerat dintre cele mai mari produs n Italia n timpurile istorice, sunt : caracterul seriei stratigrafice, structura rocilor sedimentare, nclinarea general a stratelor (4050), fragmentarea tectonic i morfologia versantului. Dup Rothe (1973), efortul seismelor induse de lac a fost foarte important n declanarea alunecrii. Indiferent de cauze, efectele au fost dintre cele mai dezastruoase: 2 000 de victime, 4 sate distruse i pagube materiale de 6 miliarde de lire italiene.

Fig. 5.5. Reconstituirea mecanismului alunecrii de la lacul Vaion. A. Situaia iniial ; B,C,D faze

succesive ale alunecrii din 9 octombrie 1963 (Selly, 1964) 5.4. Avariile i distrugerile de baraje Cum bine se tie, avariile i distrugerile de baraje sunt, n primul rnd, o preocupare a

cercetrilor de inginerie. Cu toate acestea, prezentarea cel puin a unor probleme se justific i n cursul de fa, pentru a lrgi imaginea asupra impactului om-mediu, la nivelul amenajrii lacurilor. Cu att mai mult, c o mare parte a accidentelor au la origine o subestimare sau o cunoatere insufi-

28

cient a tendinei de evoluie a unor caracteristici ale factorilor de mediu precum: proprieti ale rocii de amplasament sau din bazine limitrofe lacurilor; fenomene extreme ce pot aprea n scurgerea rurilor; efectul temperaturii, n special, n regiuni cu temperaturi negative etc. O statistic ONU prezenta, astfel, ponderea diferitelor cauze: cedarea fundaiilor n 40 % din cauze; capacitatea insuficient a descrctorilor n 25 % din cazuri; rezistena mecanic insuficient a structurilor n 12% din cazuri; tasarea inegal a terenului de fundaii n 10% din cazuri; alte cauze (alunecri de teren, cutremure, distrugeri de rzboi), 15%.

Analiznd peste 300 de cazuri de accidente de baraje, Biswas i Chaterjee (1978) au stabilit c 35% din accidente sunt din cauza fundaiilor i 40% din diverse cauze. Foca (1978) arat c n raport cu tipul barajelor avariate, 56,4% au fost baraje de pmnt, 25,6% baraje de greutate, 6,4% baraje n arc, 4,2% baraje cu contrafori, 3,2% baraje din anrocamente, 4,2% alte diverse tipuri. Exceptnd accidentele produse de seisme (induse) i alunecri de teren la care, n parte, ne-am referit, vom reine atenia cu cteva exemple n care a fost hotrtor efectul nedorit al manifestrii factorilor naturali.

Astfel, barajele Malpasset (Frana), Ribadelagos (Spania), Frayle (Peru), Baldwin Hills i Teton (S.U.A.) au cedat n ultim instan datorit conjugrii efectelor modificrii i comportrii rocilor n fundaie ce au permis tasarea i a efortului de presiune exercitat de acumulri masive de ap, datorit unor viituri excepionale. Pe acest fond, comportarea structurii barajelor nu a mai corespuns previziunilor soluiilor tehnice alese i catastrofele au fost inevitabile.

Barajul Malpasset, n arc, cu o nlime de 66 m, construit ntre 1952-1954 pe r