Morfologia de vaduri si adancuri şi problema meandrãrii verticale

In profilul longitudinal al oricãrui râu, patul albiei pentru orice sector a cãrui lungime depãşeşte de cel puţin 10 -12 ori lungimea albiei, prezintã o succesiune de vaduri (riffle) şi adâncuri (pools). Aceastã morfologie are o profundã semnificaţie morfogeneticã, întrucât este în strânsã legãturã cu geometria planã a albiei, fapt pentru care procesul de formare a lor este numit şi meandrare verticalã, sau cea de a treia dimensiune a meandrãrii (fig. 1). Dar nu numai semnificaţia morfogeneticã a determinat un interes deosebit pentru cunoaşterea fenomenului ci şi problemele serioase pe care le ridicã serviciilor de navigaţie în cazul râurilor mari sau pentru diferite construcţii hidrotehnice.

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

Terminologie şi criterii de definire

 Deşi la prima vedere cele douã noţiuni: vad şi adânc nu pun probleme de accepţie terminologicã, unele precizãri le gãsim necesare pentru a nu se face confuzii de preluare a unor termeni. Ne vom referi doar la situaţia din literatura de specialitate din ţara noastrã.

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 adânciturã (pools) şi prag (riffles) (Posea et al., 1970) sau adânc şi  prag (Chiriac et al., 1980). În concluzie, definirea celor douã morfologii de bazã implicã luarea în considerare a topografiei, a depozitelor de debit târât, adâncimii apei, regimului si vitezelor de curgere, tipului proceselor (curãţire, 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 sã reţinem cã aceastã morfologie nu este caracteristicã, aşa cum se credea, albiilor meandrate, aluviale, ci tuturor categoriilor de albii, inclusiv în roca în loc. Aceasta i-au fãcut pe Keller şi Melhorn (1978) sã considere cã prezenţa lor în albie, într-o structurã ordonatã, în funcţie de o serie de parametri ca şi meandrele, aratã de fapt cea de a treia dimensiune a meandrãrii, meandrarea verticalã.

Spaţierea şi originea vadurilor şi adâncurilor

Faptul cã cele douã morfologii ale spaţierii albiei sunt comune tuturor albiilor de râu, aluviale sau roca în loc, cu pat din nisipuri sau prundişuri şi bolovãnişuri, a suscitat şi suscitã un interes aparte nu numai ca genezã, ci şi ca distribuţie în lungul albiilor şi a elementelor care controleazã o asemenea distribuţie. S-a constatat astfel, pe baza studiului unei mari populaţii de albii (aluviale şi pe roca în loc) cã succesiunea vad - adânc este una dintre caracteristicile fundamentale ale patului albiilor, independentã de tipul de material din albie şi cã spaţierea acestor formaţiuni este explicatã în proporţie de aproape 70% prin variaţia lãrgimii albiei (Keller şi Melhorn, 1978). Este o morfologie ce exprimã tendinţele în menţinerea echilibrului dinamic al albiilor, prin minimizarea energiei parţial pierdute pe unitatea de masã 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 însuşitã opinia cã 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 cã profilul asimetric pentru adânc este asociat cu curgerea convergentã, iar profilul mai mult sau mai puţin simetric al vadurilor este asociat cu curgerea divergentã. În plan, această alternanţă este exemplificată prin succedarea vitezelor curgerii apei, mai repede şi mai încet, ca în fig. 3. Primul tip de curgere cauzeazã o creştere a forţei tractive implicatã direct în mãrirea eroziunii (curãţirii) albiei; al doilea tip (curgerea divergentã) favorizeazã depunerile formãnd 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 dominanţã a proceselor menţionate şi nu de o prezenţã exclusivã, dupã cum este necesar sã precizãm cã la ape mari dominanţa proceselor se inverseazã pe cele douã formaţiuni. Uneori, în timpul apelor mari are loc o tendinţã 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 evidenţiazã câteva particularitãţi genetice, dintre care douã le considerãm foarte importante pentru cunoaşterea continuitãţii de evoluţie în lungul albiei:

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

- vadurile  şi adâncurile sunt rezutatul interacţiunii particulelor în timpul transportului, care are caracterul unor unde cinematice (Langbein şi Leopold, 1968). S-a conchis cã stabilitatea acestor forme trebuie raportatã la doi factori: creşterea vitezei apei care tinde sã mãreascã lungimea de undã şi descreşterea amplitudinii datoritã eroziunii care tinde sã reducã lungimea de undã. Aceastã teorie a undelor cinematice explicã 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.