Morfologia de vaduri si adancuri şi problema meandrării verticale

 

In profilul longitudinal al oricărui râu, patul albiei pentru orice sector a cărui lungime depăşeşte de cel puţin 10 -12 ori lungimea albiei, prezintă o succesiune de vaduri (riffle) şi adâncuri (pools). Această morfologie are o profundă semnificaţie morfogenetică, întrucât este în strânsă legătură cu geometria plană a albiei, fapt pentru care procesul de formare a lor este numit şi meandrare verticală, sau cea de a treia dimensiune a meandrării (fig. 1). Dar nu numai semnificaţia morfogenetică a determinat un interes deosebit pentru cunoaşterea fenomenului ci şi problemele serioase pe care le ridică serviciilor de navigaţie în cazul râurilor mari sau pentru diferite construcţii hidrotehnice.

Aspectele care ne interesează din punct de vedere geomorfologic sunt : criterii de definire; spaţierea şi originea vadurilor şi adâncurilor şi problema meandrării verticale.

 

Terminologie şi criterii de definire

 

 Deşi la prima vedere cele două noţiuni: vad şi adânc nu pun probleme de accepţie terminologică, unele precizări le găsim necesare pentru a nu se face confuzii de preluare a unor termeni. Ne vom referi doar la situaţia din literatura de specialitate din ţara noastră.

 

 

 

Fig. 1. Diagrame aratând relaţia între meandrarea în plan (A) şi meandrarea  în a treia dimensiune (B). In dreapta, succesiune vad - adanc la albia sinuoasa a raului Somesu Mic (foto Persoiu A.)

 

 

Concret, sunt utilizate cuvintele adâncitură (pools) şi prag (riffles) (Posea et al., 1970) sau adânc şi  prag (Chiriac et al., 1980). În concluzie, definirea celor două morfologii de bază implică luarea în considerare a topografiei, a depozitelor de debit târât, adâncimii apei, regimului si vitezelor de curgere, tipului proceselor (curăţire, depunere) ş.a.:

-       vad este acea porţiune de microrelief pozitivă din patul albiei în care adâncimea apei este mai mică, viteza curentului este mai mare, iar materialul de albie este mai grosier;

-       adânc este acea porţiune de microrelief negativă din patului albiei în care adâncimea apei este mai mare, vitezele mai mici şi granulometria depozitelor de albie mai redusă.

-       cele două morfologii se succed implacabil în lungul unei albii de râu (fig. 1).

Mai trebuie să reţinem că această morfologie nu este caracteristică, aşa cum se credea, albiilor meandrate, aluviale, ci tuturor categoriilor de albii, inclusiv în roca în loc. Aceasta i-au făcut pe Keller şi Melhorn (1978) să considere că prezenţa lor în albie, într-o structură ordonată, în funcţie de o serie de parametri ca şi meandrele, arată de fapt cea de a treia dimensiune a meandrării, meandrarea verticală.

 

Spaţierea şi originea vadurilor şi adâncurilor

 

Faptul că cele două morfologii ale spaţierii albiei sunt comune tuturor albiilor de râu, aluviale sau roca în loc, cu pat din nisipuri sau prundişuri şi bolovănişuri, a suscitat şi suscită un interes aparte nu numai ca geneză, ci şi ca distribuţie în lungul albiilor şi a elementelor care controlează o asemenea distribuţie. S-a constatat astfel, pe baza studiului unei mari populaţii de albii (aluviale şi pe roca în loc) că succesiunea vad - adânc este una dintre caracteristicile fundamentale ale patului albiilor, independentă de tipul de material din albie şi că spaţierea acestor formaţiuni este explicată în proporţie de aproape 70% prin variaţia lărgimii albiei (Keller şi Melhorn, 1978). Este o morfologie ce exprimă tendinţele în menţinerea echilibrului dinamic al albiilor, prin minimizarea energiei parţial pierdute pe unitatea de masă a apei. Distanta dintre vaduri si adancuri este de 5 – 7 ori latimea albiei (Leopold et al., 1964).

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 2. Succesiune vad-adanc asociata cu o albie rectilinie, Waimakariri River, New Zealand (Richards, 2002)

 

 

 

 

 

 

 

 

Cât priveşte originea succesiunii  vaduri - adâncuri este însuşită opinia că rolul principal revine:

a)caracterului convergent si divergent al curgerii în albii;

b)undelor cinematice în procesul de transport în lungul râului;

c)forţelor dispersive.

S-a constatat, astfel că profilul asimetric pentru adânc este asociat cu curgerea convergentă, iar profilul mai mult sau mai puţin simetric al vadurilor este asociat cu curgerea divergentă. În plan, această alternanţă este exemplificată prin succedarea vitezelor curgerii apei, mai repede şi mai încet, ca în fig. 3. Primul tip de curgere cauzează o creştere a forţei tractive implicată direct în mărirea eroziunii (curăţirii) albiei; al doilea tip (curgerea divergentă) favorizează depunerile formănd vaduri. Profilul longitudinal apare astfel ca o alternanţă de eroziune şi acreţie, care dau succesiunea de adâncuri şi vaduri, aşa cum s-a identificat în albia canalizată a Bârladului (Radoane et al., 2008, fig 4). În ambele cazuri este vorba de o dominanţă a proceselor menţionate şi nu de o prezenţă exclusivă, după cum este necesar să precizăm că la ape mari dominanţa proceselor se inversează pe cele două formaţiuni. Uneori, în timpul apelor mari are loc o tendinţă de uniformizare a pantei suprafeţei libere a apei.

Ca rezultat al forţei de forfecare mai mari asupra malului unde se formează adâncul în timpul apelor mari, acolo se va crea o buclă de meandru. În consecinţă, corespondenţa între spaţierea vad-adânc se va suprapune peste lungimea de undă a meandrelor care se dezvoltă (fig. 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 3. Formarea unei succesiuni de vad-adânc în lungul  unui râu şi relaţia cu morfologia de meandre: A. Eroziunea şi acreţia pe un pat de albie ce corespunde unor zone alternative de curgere rapidă şi înceată; B. Transformarea unei albii drepte în albie meandrată în relaţie cu spaţierea vaduri-adâncuri; C. Formarea unor vaduri şi adâncuri suplimentare odată cu alungirea albiei meandrate (Richards, 1982).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

În cazul albiilor cu pietrişuri, apariţia morfologiei vad - adânc evidenţiază câteva particularităţi genetice, dintre care două le considerăm foarte importante pentru cunoaşterea continuităţii de evoluţie în lungul albiei:

- acumulările de material din albie (vadurile) sunt explicate prin efectul forţei dispersive (Bagnold, 1968) care este proporţională cu diametrul particulelor şi uneori particule mai mari vor migra spre zona cu forţă de frecare mai mică;

- vadurile  şi adâncurile sunt rezutatul interacţiunii particulelor în timpul transportului, care are caracterul unor unde cinematice (Langbein şi Leopold, 1968). S-a conchis că stabilitatea acestor forme trebuie raportată la doi factori: creşterea vitezei apei care tinde să mărească lungimea de undă şi descreşterea amplitudinii datorită eroziunii care tinde să reducă lungimea de undă. Această teorie a undelor cinematice explică stabilitatea morfologiei vad - adânc şi nu originea ei.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 4. Succesiuni de imagini asupra evoluţiei canalului Bârlad în 1978 (stânga), unde sunt evidente succesiunea de vad-adânc instalată la 4 ani de la darea în funcţiune a canalului. Vanalul Bârlad în 2005 (dreapta) din care se observă o tendinţă evidenţă de transformare a albie din rectilinie în sinuoasă (Rădoane, Rădoane, 2006).

 

Bibliografie selectiva

 

Ichim I., Batuca D., Radoane M., Duma D. (1989), Morfologia si dinamica albiilor de rau, Editura tehnica, Bucuresti

Leopold L.B., Wolman M.G., Miller  J.P. (1964), Fluvial processes in geomorphology, Freeman and Co, San Francisco.

Radoane M., Dumitriu D., Ichim I. (2002), Geomorfologie, vol. 2, Editura Universitatii Suceava.

Richards R., 1982. Rivers. Form and Process in alluvial channels. Methuen, London, 358 pp.