NOTE DE CURS – GEOMORFOLOGIE – SEMESTRUL II

Geografia Mediului

Predător curs. Conf. univ. dr. Marian ENE

Fascicolul 5

RELIEFUL FLUVIATIL

PROCESE HIDRODINAMICE PE VERSANŢI ŞI SUPRAFEŢE

CVASIORIZONTALE

Ravenarea

Agent – apa curgătoare provenită din ploi şi topirea zăpezii concentrată în şuvoaie şi canale

elementare de scurgere.

Forţa – hidrodinamică; curgerea turbulentă

Procese – eroziune, transport, acumulare

Condiţii de formare: Climatice – ploi torenţiale pe terenuri lipsite de protecţie;

Versanţi cu lungimi optime care să permită concentrarea apei în şuvoaie

puternice;

Mişcări tectonice pozitive care să menţină un relief înalt;

Antropice – defrişări, desţeleniri, utilizarea agricolă a versanţilor puternic

înclinaţi, suprapăşunat;

Procese favorizante – sufoziune, tasare;

Creşterea duratei şi intensităţii ploii favorizează concentraţia scurgerii în

şuvoaie puternice cu debit şi viteză mare; un rol important îl au materialele din

care sunt constituiţi versanţii; prin cercetări experimentale s-a stabilit că pe

rocile cristaline este necesară o viteză a apei de 16-25 m/sec, pe calcare de 2,5-

4,5 m/sec, iar pe depozite neconsolidate viteza critică este de 0,2-0,3 m/sec;

Şuvoaiele de apă se direcţionează pe reţele hidrografice vechi (văiugi,

vâlcele, depresiuni de tasare şi sufoziune) sau pe drumuri, cărări, brazde;

În comparaţie cu scurgerea în suprafaţă forţa apei creşte foarte mult datorită

canalizării unui volum mare de apă pe o secţiune de scurgere mică;

comparativ, energia cinetică este de 2500 ori mai mare.

Formele eroziunii concentrate

Şanţuri de şiroire (rigole)

Ravene Torentul – forma elementară a bazinului hidrografic

Şanţuri de şiroire - trecerea de la şiroirea difuză la scurgerea concentrată.

Ravenele – iau naştere ca urmare a creşterii rigolelor prin concentrarea debitului de scurgere;

pe lungimea versantului, ravenele se pot întrerupe, rezultând ravene discontinui cu evoluţie

proprie.

Ravena – rezultă din integrarea rigolelor din lungul versantului şi concentrează şuvoaiele de

pe o suprafaţă mai mare a versantului (fig. 1)

Fig. 1

Elementele componente ale ravenei (fig. 2):

Vârful ravenei

Canalul de scurgere

Gura ravenei

Fig. 2

Aliniamentele critice ale ravenei:

Eroziune regresivă – vârful;

Eroziune laterală – malurile;

Eroziune în adâncime – talvegul.

Stadii de evoluţie: Stadiul incipient – începe din momentul în care formele eroziunii în adâncime impuse de

şiroaiele şi şuvoaiele de apă nu-şi mai modifică traiectul; acum se formează rigolele mari.

1. Stadiul de formare a ravenelor discontinui – fiecare formaţiune de eroziune are o

evoluţie proprie în funcţie de parametrii cantitativi ai reliefului (versantului), de

caracteristicile fizico-mecanice ale depozitului superficial, de covorul vegetal şi în

primul rând de volumul de apă ce intră în canalul de scurgere.

2. Stadiul de formare a ravenelor de versant prin integrarea într-o singură formaţiune

de eroziune a scurgerii – acum ravena evoluează faţă de un nivel de bază comun

situat la baza versantului sau în cuprinsul versantului;

3. Stadiul de realizare a profilului de echilibru dinamic – începe odată cu formarea

unui profil longitudinal unitar care să permită transportul în condiţii optime a

materialului provenit din maluri şi de pe versanţi;

- în lungul ravenei se deosebesc trei sectoare (fig. 3): de eroziune, de transport şi de

acumulare;

- sectorul de transport (neutru, fără eroziune, fără acumulare) realizează echilibrarea

dintre cele două sectoare extreme în funcţie de variaţia parametrilor hidrodinamici:

Pe fundul sectorului neutru se instalează o pătură aproape continuă de

aluviuni (pavaj hidraulic) care are un rol esenţial în menţinerea

echilibrului

Când cantitatea de aluviuni creşte şi depăşeşte capacitatea şi

competenţa de transport, sectorul neutru se deplasează, prin aluvionare,

către amonte.

Fig. 3 Când energia cinetică a curentului sporeşte, sunt transportate o parte

din aluviunile acumulate, contribuind la descreşterea energiei

disponibile pentru exercitarea proceselor de eroziune;

Sectorul de acumulare, prin conurile de dejecţie depuse succesiv,

constituie baza locală de eroziune a ravenei.

4. Stadiul de stingere a ravenei – se realizează prin acumularea regresivă a conurilor de

dejecţie şi de retragere spre amonte a sectorului neutru (vâlcea, văiugă)

Clasificarea ravenelor (FAO):

După mărime: Mici – h = 2-5 m, L = < 300 m, S < 50 ha

Medii – h = 5-10 m, L = 300-1000 m, S = 50-100 ha

Mari – h = >10 m, L = > 1000 m, S = > 100 ha

După stadiul de dezvoltare: Active

În stadiul incipient (tranziţia rigolă – ravenă)

În stadiul evoluat (dezvoltare maximă)

Stabilizate

Parţial – cu profil de echilibru dinamic

Total – în stadiul de stingere

După gradul de torenţialitate: Excesiv torenţiale (Qsmax > 320 l/s/ha)

Mijlociu torenţiale (Qsmax = 40-320 l/s/ha)

Netorenţiale (Qsmax < 40 l/s/ha)

După poziţia lor faţă de reţeaua hidrografică: de versant – nou formate

de vale – reactivează vechi văiugi

Torentul. Eroziunea torenţială

Agent – apa de suprafaţă în scurgere concentrată

Forţa – hidrodinamică; curgerea turbulentă

Procese – eroziune, transport, acumulare

Torent – însumare de şiroiri şi şuvoaie de apă ce se concentrează într-un singur canal de

scurgere

Condiții:

— Creşterea duratei şi intensităţii ploii duce la concentrarea scurgerii în şuvoaie

puternice cu debit şi viteză mare;

— Şuvoaiele se direcţionează pe reţele hidrografice incipiente (ravene, văiugi)

care converg către un canal de scurgere unic;

— Scurgerea, care controlează procesele de eroziune, transport şi acumulare,

durează cam tot atât cât durează şi ploaia torenţială

Scurgerea torenţială = concentrarea unui volum mare de apă în lungul unui canal în care,

datorită pantei mari, se scurge cu mare viteză, dispunând de o mare energie morfodinamică;

Prin extinderea sa depăşeşte limitele stricte ale unui versant organizându-se într-un

bazin hidrografic elementar la care se pot distinge (fig. 4, foto 1-4):

Bazinul de recepţie

Canalul de scurgere

Conul de dejecţie.

Fig. 4

Foto 1 - 4

Aliniamente critice de instabilitate:

Bazinul de recepţie;

Rupturile de pantă din talveg;

Confluenţele.

Marele potenţial morfodinamic al unui torent este consumat prin două procese:

Eroziune şi transport;

Acumularea Eroziunea torenţială se desfăşoară în tot bazinul torenţial sub cele trei forme de bază:

eroziune regresivă, eroziune laterală şi eroziune în adâncime (lineară), la care se adaugă

eroziunea în suprafaţă la nivelul bazinului de recepţie şi arealul limitrof acestuia.

Eroziunea regresivă (fig. 5) este predominantă în bazinul de recepţie al torentului, partea în

care ravenele şi ogaşele, care recepţionează apa provenită din precipitaţii şi scurgerea de pe

versanţi, converg către canalul de scurgere torenţial:

Fiecare vârf de ravenă se prelungeşte regresiv în detrimentul versantului;

Procesul de eroziune regresivă se asociază cu mici prăbuşiri şi alunecări, pe

care apoi le încorporează, lărgind tentacular suprafaţa de recepţie;

Fig. 5

Eroziunea laterală – afectează îndeosebi canalul torenţial.

Eroziunea lineară – este prezentă în toate canalele de scurgere din bazinul de recepţie şi pe

cea mai mare parte a canalului de scurgere.

Prin toate aceste forme de dislocare a particulelor şi fragmentelor de rocă se asigură o

mare cantitate de material care este transportat.

Transportul – o parte din forţa hidrodinamică a torentului este consumată în transportul

debitului solid provenit din procese de eroziune proprii sau din materialul transportat de pe

versanţi prin alte procese – eroziune în suprafaţă, ravene, alunecări de teren (fig. 6)

Fig. 6

Coeficientul de încărcare cu aluviuni

C = V/Q V = debitul volumetric total (m

3/s)

Q = debitul lichid (m3/s)

După natura şi mărimea debitului solid se pot separa trei categorii de viitură: Viitură de apă (curent obişnuit de apă)

greutatea volumetrică a curentului = 1,0 – 1,05 t/m3

Viitură de apă cu pietre greutatea volumetrică a curentului = 1,05 – 1,5 t/m

3

curgere turbulentă

foarte des întâlnită în regiuni montane cu versanţi afectaţi de procese de

dezagregare (fragmente de dezagregare) – regim periglaciar, regim arid

energia curentului este consumată pentru înfrângerea rezistenţei de frecare şi

pentru antrenarea aluviunilor

viteza limită de antrenare:

praf şi mâl (0,005 – 0,05 mm) – 0,19 – 0,25 m/s

nisip fin (0,05 – 0,25 mm) – 0,25 – 0,5 m/s

bolovani mari (150 – 200 mm) – 3,5 – 4,0 m/s

la o pantă de 15º aluviunile ocupă 40 – 50 % din volumul curentului de apă

la o pantă de 35º aluviunile torenţiale ocupă 60 – 65 % din volumul

curentului

adaosul de materiale peste valoarea vitezei limită de antrenare determină

depuneri în canalul de scurgere sau la gura de vărsare.

Viitură de noroi greutatea volumetrică a curentului = 1,2 – 1,8 t/m

3

materialul solid se deplasează împreună cu apa sub forma unei curgeri

vâscoase

Acumularea în canalele de scurgere

la gura de vărsare – con de dejecţie (agestru, con torenţial, proluviu)

Elementele morfometrice ale torentului

Lungimea bazinului (L);

Lăţimea bazinului (l);

Perimetrul (P);

Suprafaţa bazinului (F);

Forma bazinului;

Panta talvegului (it);

Panta medie a versanţilor (iv);

Lungimea medie a versanţilor (lv).

Coeficientul de formă: Kf = Lmax/lmax

Kf = Lc/Pc (Indicele lui Gravelius)

Lc = lungimea cumpenei de apă

Pc = perimetrul unui cerc corespunzător cu suprafaţa bazinului hidrografic

Înclinarea medie a versanţilor iv = 0,1·e·Σc/F (%)

e = echidistanţa dintre curbele de nivel (m)

Σc = suma lungimii curbelor de nivel (km)

F = suprafaţa bazinului (km2)

Lungimea medie a versanţilor lv = 1000F/1,8(L+Σl) (m)

L, l = lungimea talvegurilor (km)

F = suprafaţa bazinului (km2)

Elemente hidrologice

Q – debit lichid

R – debit solid

V – viteza

Mobilitatea bazinelor torenţiale este determinată de: suprafaţă, indice de formă, parametrii morfometrici

mod de utilizare – suprafeţe, coeficienţi de participare pe ansamblul bazinului

roca

sedimentare necimentate

sedimentare cimentate

magmatice, cristaline

procese de modelare

alunecări

ravenări – indice de ravenare

Determinarea cantitativă a proceselor de ravenare şi torenţialitate

a. Determinarea creşterii ravenelor şi torenţilor prin măsurători repetate

b. Determinarea volumului de material evacuat stocarea materialelor în canal prin baraje sau plase de sârmă

măsurarea volumului conurilor de dejecţie

Combaterea eroziunii torenţiale

Măsuri agrosilvice Împiedică organizarea scurgerii pe versanţi

Canale de coastă

Valuri de pământ

Perdele antierozionale

Împăduriri

Măsuri hidrotehnice Baraje pentru compensarea pantei râpei de obârşie (fig. 7)

Compensarea pantei canalului de scurgere prin diferite tipuri de baraje,

în funcţie de mărimea formaţiei de eroziune, debitele lichid şi solid

Cleionaje (nuiele): simple (fig. 8), duble (fig. 9)

Gabioane – plase de piatră

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

RELIEFUL FLUVIATIL. PROCESE DE ALBIE

Fluviatil – provine din latinescul fluvius; fluo, fluere = a curge

Relieful fluviatil – rezultatul activităţii apelor curgătoare prin procese de eroziune, transport

şi acumulare permanente, dirijate în lungul unor canale de scurgere.

Spre deosebire de torenţi, au un curs permanent; acţiunea apei este, deci,

permanentă; eficienţa geomorfologică maximă se realizează în timpul

viiturilor;

Cursurile fluviatile traversează mari unităţi de relief, iar materialele sunt

transportate până la ocean.

Agentul – apa curgătoare (curentul de apă)

Forţa – hidrodinamică

Factori de condiţionare Forţa hidrodinamică este determinată de volumul de apă şi viteză.

Cantitatea de energie rezultată este cheltuită (consumată) de râu prin: Frecarea internă rezultată din vâscozitatea apei şi din turbulenţă;

Frecarea externă faţă de patul albiei şi maluri;

Transportul aluviunilor.

Forţa brută (Fb) – energia totală este în funcţie de debit (Q) şi viteză (V).

Fb = Q·V2

Q = A·V A = secţiunea udată (fig. 10)

deci

Fb = AV3

Fig. 10

Forţa netă – energia rămasă disponibilă după consumarea unei părţi din energia brută (Fb)

prin frecarea internă (fi), frecarea externă (fe) şi transport (ft).

Fn = Fb – (fi+fe+ft)

Într-o secţiune a râului pot apare astfel trei posibilităţi:

Fn pozitiv (Fb>Fn) – determină procese de eroziune şi transport

Fn negativ (Fb<Fn) – determină procese de acumulare

Fn = 0 (Fb=Fn) – determină un echilibru dinamic

Forme de curgere în albie ale curentului Tipurile de curgere sunt determinate de viteza curentului şi distribuirea acesteia în secţiunea

albiei, de forţele de frecare şi de rugozităţile malului şi patului.

Curgere laminară

Curgere turbulentă

Curgerea laminară – se manifestă la viteze scăzute şi în canale drepte.

deplasarea paralelă a şuviţelor de apă în întreaga masă de apă, cu viteză

maximă la suprafaţă şi mai scăzută la fund.

dacă o asemenea curgere ar exista, ca urmare a acceleraţiei gravitaţionale

viteza curentului de apă ar atinge valori deosebit de mari (P. Birot – viteza

unui proiectil de tun).

Curgerea turbulentă – deplasarea neuniformă a şuviţelor de apă, acestea luând forme şi

direcţii diferite:

creşterea vitezei şi debitului

frânarea laterală şi frânarea verticală (fig. 11)

Fig. 11

frecarea care are loc transmite patului o parte din energia fluidului sub forma

unei forţe de smulgere, care poate pune în mişcare particule sau poate disloca

fragmente

rugozitatea fundului şi malurilor determină creşterea frecării care la rândul

său duce la creşterea turbulenţei (frânarea inegală a curentului)

creşterea rugozităţii patului prin alternanţa proceselor de eroziune (Fb>Fn) şi

acumulare (Fb<Fn) (fig. 12)

Fig. 12

în curgerea turbulentă apar curenţi turbionari elicoidali (verticali şi laterali)

Procesele geomorfologice exercitate de curentul de apă

Din consumarea variabilă a energiei curentului de apă rezultă trei procese prin care râul

modelează relieful: eroziune, transport şi acumulare.

Eroziunea – cel mai important proces în crearea formelor de relief şi în modelarea albiilor

Eroziunea liniară:

Coroziune (striaj longitudinal); Retragerea rupturilor de pantă (cascade);

Eroziune regresivă.

Eroziunea laterală Forme rezultate: talveg, albia minoră, lunca, terase, versanţi = valea (fig. 13, 14).

Fig. 13

Transportul

Capacitatea maximă de transport – încărcătura maximă de sedimente ce poate fi transportată

de un râu.

Competenţa curentului – se răsfrânge în mărimea maximă a aluviunilor ce poate fi

transportată de un râu, astfel încât:

capacitatea de transport = f(Q,R)

Q = debit lichid; R = debit solid

Competenţa de transport = f(V)

V = viteza

Debit solid (R) – totalitatea materialului aluvionar solid ce trece prin secţiunea unui râu în

unitatea de timp (kg/m3)

Fig. 14

Transportul – proces de echilibru între eroziune şi acumulare; râul evacuează propriile

aluviuni, cât şi materialele provenite de pe versanţi şi aduse în albie prin procese de deplasare

în masă, ravenare şi torenţialitate

Tipuri (modalităţi) de transport: în soluţie, prin târâre (de fund), în suspensie (felul

încărcăturii variază în mare măsură în funcţie de factorii climatici şi structurali).

Transportul în soluţie (chimic):Elemente chimice solubile prezente în apa râurilor în urma

proceselor de alterare

Concentraţia soluţiei (Rf) – mg/l

Debitul de substanţe dizolvate (Rc) – kg/s

Rc = Q·(Rf/1000) (kg/s)

Debit specific de substanţe dizolvate (t/km2/an) = Ec

Ec = (Rc/S)·31.560.000

Numărul de secunde dintr-un an = 31,56·106

Transport prin târâre (de fund) – rostogolire, salturi, târâre – influenţat de:

Turbulenţă

Raportul dintre forţa ascensională şi forţa de tracţiune

Forţa critică de antrenare = f (viteză)

Transportul de fund determină: Formarea pavajului hidraulic

Transportul de fund prin târâre, salturi şi rostogolire (fig. 15; foto 5-6) reflectă competenţa

curentului de apă, exprimată prin puterea de transport (T).

Puterea de transport – presiunea pe care o exercită curentul de apă pe unitatea de suprafaţă,

orientată perpendicular pe direcţia de curgere:

T = ·h·I (kg/m2)

– greutatea specifică a apei (1)

h – adâncimea apei (m)

I – înclinarea relativă a oglinzii apei (‰)

(Fig. 15)

Foto 5-6

Transportul în suspensie Sunt antrenate în mişcare materiale fine, cu diametrul < 8 mm.

Dunărea transportă în Marea Neagră peste 70 milioane tone aluviuni

în suspensie

Cantitatea de aluviuni suspendate într-o secţiune de râu creşte în raport cu

debitul lichid.

Cea mai mare parte a transportului în suspensie se produce în timpul viiturilor

(foto 7-8).

Foto 7-8

Acumularea

Acumularea în albia minoră – provenită din transportul de fund şi decantarea suspensiilor

Formarea bancurilor de aluviuni se realizează prin autoreglarea raportului dintre forţa netă a

curentului şi concentraţia în aluviuni a curentului:

Fenomene Migrarea spre aval a bancurilor de aluvionare (fig. 16a şi 16 b)

Fig. 16 a

Fig. 16 b

Acumulări submerse

Acumulări emerse (ostroave)

Dispersia curenţilor (fluxurilor) hidrodinamice în albie (fig 17, foto9 - 10)

Fig 17

Foto 9-10

Formarea patului aluvial (patul hidrodinamic, pavajului hidrodinamic) – aluviuni grosiere

între care se acumulează şi materiale fine (fig. 18; foto 11-12)

Fig. 18

Foto 11-12

Acumulări laterale în albie datorate diminuării forţelor hidrodinamice le frecarea cu

malurile – plaje fluviatile (renii) (fig. 19).

Fig 19

Acumularea în albia majoră – este alcătuită din (foto 13-16):

Materiale fine provenite din particulele transportate în suspensie la viituri

Materiale alohtone aduse în albie de către afluenţi şi depuse sub forma conurilor de dejecţie,

materiale coluviale provenite din alunecări, rostogoliri şi prăbuşiri.

Fig. 13-16

Acumulări la gura de vărsare

Acumulări sub forma conurilor de dejecţie aluviale, când colectorul este tot

un râu.

Conuri aluviale submerse (delte submerse)

Delte emerse (foto 17)

Câmpii aluviale (fluvio-lacustre, fluvio-marine) (foto 18)

Foto 17 Foto 18