Studiu de condiţii iniţiale meteorologice

Transcription

1 Studiu de condiţii iniţiale meteorologice Evaluarea intensităţii şi frecvenţei precipitaţiilor, precum şi a scurgerilor, realizată pentru proiectul Roşia Montană Beneficiar: S.C. ROŞIA MONTANĂ GOLD CORPORATION (RMGC) Întocmit de: Universitatea Tehnică din Bucureşti

2 Cuprins 1 Rezumat introductiv Introducere Metodologie Precipitaţii maxime (pm) Dezgheţ Precipitaţii maxime probabile (pmp) Coeficienţi de şiroire Analize Precipitaţii maxime Dezgheţul Precipitaţii maxime probabile (pmp) Coeficienţi de şiroire Constatări şi concluzii Bibliografie...31 Lista figurilor Figura 2.1 Zonarea precipitaţiilor maxime orare în România (Diaconu şi colab. 1995)... 7 Figura 2.2 Precipitaţii maxime la nivel mondial (Maidment, 1993)... 7 Figura 2.3 Precipitaţii deosebite înregistrate în România (Stanescu şi Drobot 2002)...9 Figura 2.4 Regionalizarea României, (Diaconu şi Şerban, 1994)...11 Figura 2.5 Raţionalizarea valorii de S 1% (Diaconu etc, 1995)...12 Figura 2.6 Regionalizarea indicelui n, (Diaconu etc., 1995)...13 Figura 3.1 Factorul grad-zi M de utilizat cu T max...16 Figura 3.2 Factorul grad-zi M de utilizat cu T med...17 Figura 3.3 Identificarea lunilor critice pe baza înfăşurătoarelor...18 Figura 3.4 Variaţia lui K funcţie de media precipitaţiei extreme medii şi a duratei ploii (după Hershfield; din OMM, 1973) Figura 3.5 Ajustarea f 1 a mediei (după Hershfield; din OMM, 1973)...21 Figura 3.6 Ajustarea f 2 a deviaţiei standard (OMM, 1973)...21 Figura 3.7 Ajustarea f 3 a mediei şi deviaţiei standard pentru perioada de înregistrări.21 Figura 3.8 Precipitaţii efective...22 Figura 3.9 Domeniul de variaţie al coeficienţilor de şiroire...24 Figura 4.1 Zona supusa analizei aprofundate...25 Figura 4.2 Distribuţia precipitaţiilor extreme pe 24 h de vară...26 Figura 4.3 Distribuţia precipitaţiilor extreme pe 24 h de iarnă-primăvară...27 Figura 6.1 Coeficient de scurgere Sol cu textură uşoară...39 Figura 6.2 Coeficient de scurgere Sol cu textură medie...40 Figura 6.3 Coeficient de scurgere Sol cu textură grea ii -

3 Lista anexelor Anexa 1: Tabele de precipitaţii, dezgheţ şi şiroiri...32 Anexa 2: Coeficienţi de şiroire...38 Anexa 3: Date privind precipitaţiile de la staţiile Abrud, RMGC-Roşia Montană, Rotunda-Roşia Montană iii -

4 1 Rezumat introductiv În trecut au fost efectuate o serie de studii hidrologice pentru evaluarea fenomenelor extreme de precipitaţii cu durata de 24 h şi dezgheţ pentru proiectul Roşia Montană: Knight Piésold (2001), INMH (2002) şi INMH (2003). Valorile raportate în studiile anterioare au fost comparate cu valorile pentru precipitaţii cu drata de 24 h din România din ultimii 100 ani. Comparaţia sugerează că valorile pentru Precipitaţia Maximă Probabilă (PMP) raportate anterior au fost semnificativ subestimate. Mai mult, o comparaţie cu valoarea acceptată de obicei pentru România pentru precipitaţii cu asigurarea de 1% au arătat că valorile propuse de Knight Piesold (2001) şi INMH (2003) ar fi putut fi la rândul lor subestimate. Având în vedere importanţa şi mărimea proiectului propus, MWH/RMGC a comandat în 2004 un nou studiu hidro-meteorologic independent prin care să se rezolve aceşti importanţi parametri de proiectare. Studiul a cuprins o evaluare a distribuţiei spaţiale a fenomenelor istorice de precipitaţii extreme din România culegerea datelor şi analiza statistică a înregistrărilor de la 21 de staţii meteo pe o rază de 60 km faţă de amplasamentul Roşia Montană. Cel mai semnificativ fenomen istoric este cel al precipitaţiei înregistrate la Deva, de 262 mm în 24h (iulie 1936) la numai 50 km sud de amplasamentul Roşia Montană. Acest fenomen înregistrat este comparabil cu PMP raportată în studiile anterioare. Pe baza analizelor statistice de la 21 de staţii regionale pe o perioadă comună de 16 ani de înregistrări, au fost alese 10 staţii ca reprezentative pentru amplasamentul Roşia Montană şi au fost obţinute şi analizate toate înregistrările de la aceste staţii. Analiza a fost efectuată pentru două perioade diferite vara, din mai până în noiembrie şi iarna, din decembrie până în aprilie. Valorile precipitaţiei de iarnă au fost apoi combinate cu valoarea maximă a dezgheţului, calculată cu ajutorul metodei pe trei grade Prin analiza stratului de zăpadă de pe amplasamentul Roşia Montană, a densităţii zăpezii şi temperaturilor înregistrate, s-a constatat că lunile martie şi februarie sunt perioadele critice pentru dezgheţ. Valorile derivate pentru precipitaţii în 24 h şi dezgheţ pentru cele două sezoane au fost transformate apoi pentru diferite durate ale fenomenelor (15 minute până la 30 zile) cu ajutorul coeficienţilor regionali de conversie acceptaţi. Principalele constatări ale acestui studiu sunt prezentate în Tabelul 1, în care sunt comparate rezultatele studiului cu cele ale studiilor anterioare de pe amplasamentul Roşia Montană. Rezultatele indică următoarele: PMP a fost subestimată în studiile anterioare. Noile valori sunt de aproape două ori mai mari comparativ cu estimările anterioare. Precipitaţia extremă de vară este mai mare decât cea de iarnă. PMP e vară este similară cu PMP de iarnă plus dezgheţ. Lunile critice pentru dezgheţ sunt martie şi februarie. Alte valori ale precipitaţiilor pentru proiectare sunt mai mici comparativ cu valorile propuse în raportul SNC Lavalin (2002), dar mai mari decât valorile propuse de Knight Piesold (2001) şi INMH (2003) Secţiunea 1: Rezumat introductiv Pagina 4 din 42

5 Tabel 1-1 Compararea precipitaţiilor extreme Knight Piésold (2001) SNC (2002) INMH (2003) Drobot/MWH (2004) ARI Probabilitate de depăşire în 17 ani Precipitaţii Precipitaţii de Precipitaţii de iarnă + Pricipitaţii vară dezgheţ Precipitaţii de vară Precipitaţii de iarnă + dezgheţ % % , % , % , % PMP Studiul a făcut de asemenea o scurtă evaluare a coeficienţilor pentru fenomenele de precipitaţii proiectate. Coeficienţii de şiroire pentru bazinele mici variază foarte mult, între 35% şi 80% şi depind de panta, gradul de împădurire, textura solului şi Indexul de Precipitaţie Anterioară (IPA) din fiecare sub-bazin. Acesta din urmă este un indicator al umidităţii solului rezultate din precipitaţii anterioare. Şiroirea pentru PMP de iarnă ar putea avea loc teoretic imediat după sau în acelaşi timp cu un dezgheţ semnificativ, în care caz este de aşteptat o valoare mare a IPA şi prin urmare a coeficientului de şiroire. Din acest motiv, s-a propus un coeficient de şiroire de 90% pentru PMP de iarnă. O valoare mai mare a coeficientului de şiroire de iarnă este de aşteptat în situaţii în care pământul estre îngheţat şi acoperit de zăpadă, dar nu se justifică combinarea acestui scenariu PMP cu valoarea maximă a dezgheţului. Iar în privinţa PMP de vară, se consideră rezonabil un coeficient de şiroire de 80%. În ambele cazuri va trebui să se ia un coeficient de şiroire de 100% pentru suprafaţa apei şi alte suprafeţe impermeabile. Studiul a evaluat de asemenea coeficienţii pentru fenomene de precipitaţii maxime proiectate, Care variază între 30% şi 45% pentru o asigurare de 10%, între 35% şi 60% pentru o asigurare de 1% şi între 50% şi 70% pentru o asigurare de 0,1% sau mai mare. Limitele domeniilor de variaţie corespund duratei minime şi respectiv maxime a precipitaţiei. Secţiunea 1: Rezumat introductiv Pagina 5 din 42

6 2 Introducere Până în prezent au fost efectuate o serie de studii hidrologice pentru evaluarea fenomenelor extreme de precipitaţii cu durata de 24 h şi dezgheţ pentru proiectul Roşia Montană: Knight Piésold (2001), INMH/SNC-Lavalin (2002) şi INMH (2003). Înălţimea maximă a fenomenelor de precipitaţii în 24 h derivate din aceste studii este prezentată în Tabelul 2-1. Câteva dintre valori au fost extrapolate de SLE&C, conform menţiunilor din tabel. Tabel 2-1 Înălţimea maximă a precipitaţiilor în 24 ore Perioadă de recurenţă (ani) Precipitaţii orare INMH (2002) Precipitaţii orare Knight Piésold (2001) Precipitaţii orare INMH (2003) înălţime (mm) Obs. înălţime (mm) Obs Raportat Raportat Raportat SLE&C 78 Raportat SLE&C 102 SLE&C 1, Raportat 115 SLE&C , Raportat 169 SLE&C , SLE&C PMP Raportat 249 înălţime (mm) Înălţimea maximă a fenomenelor de precipitaţii în 24 h şi dezgheţ este prezentată în Tabelul 2-2. Tabel 2-2 Înălţimea maximă a precipitaţiilor în 24 ore combinat cu dezgheţ Perioadă de Înălţimea maximă a precipitaţiilor în 24 ore Observaţii recurenţă (ani) precipitaţii (mm) dezgheţ (mm) Total (mm) SLE&C SLE&C 1, INMH (2002) 10, INMH (2002) 100, SLE&C Aceste valori sunt comparate cu valorile utilizate în mod obişnuit pentru precipitaţii orare sau pe 24h pentru o perioadă de recurenţă de o dată la 100 de ani, din România. De obicei, în practica INMH se consideră precipitaţiile orare cu o perioadă de recurenţă de o dată la 100 de ani ca fiind între mm (Figura 2.1). Cu ajutorul factorilor de conversie pentru durată acceptaţi, aceasta corespunde unei valori a precipitaţiilor pe 24 h de ordinul a mm. Secţiunea 2: Introducere Pagina 6 din 42

7 Figura 2.1 Zonarea precipitaţiilor maxime orare în România (Diaconu şi colab. 1995) Intensitatea maximă pentru România s-a înregistrat la Curtea de Argeş: peste 200 mm în circa 20 minute. Aceasta este precipitaţia cu cea mai mare intensitate în 20 de minute înregistrată în lume, după cum se arată în Figura 2.2. Figura 2.2 Precipitaţii maxime la nivel mondial (Maidment, 1993) Secţiunea 2: Introducere Pagina 7 din 42

8 Mai mult, datele istorice arată că în România au avut loc fenomene de precipitaţii semnificative, după cum se observă şi în Tabelul 4. În Tabelul 2-3 sunt prezentate primele 90 de precipitaţii maxime în 24 h în ordinea mărimii, înregistrate în ţară în perioada Tabel 2-3 Precipitaţii extreme în 24 h înregistrate în România între Acestea sunt completate de datele privind precipitaţiile deosebite înregistrate în România) Stanescu şi Drobot, 2002), prezentate în Figura 2.3 şi Tabelul 2.4. Secţiunea 2: Introducere Pagina 8 din 42

9 Figura 2.3 Precipitaţii deosebite înregistrate în România (Stanescu şi Drobot 2002) Secţiunea 2: Introducere Pagina 9 din 42

10 Tabel 2-4 Precipitaţii extreme în România Data Locul Înălţimea precipitaţiilor (mm) Durata 29/ Casimcea Bestepe h Ciuperceni- Dolj h Fundata-Braşov h Cârlibaba-Suceava h Surdila-Găiseanca h Deva h Vatra Dornei h Curtea de Argeş h 29/ Sulina h 29/ Letea-Tulcea h Caraomer_Constanţa 320 4h Sarichioi-Tulcea h 29/ Sulina h Caraomer-Constanţa 300 4h 13min Rădeni-Botoşani 122 4h 30min Surdila-Găiseanca 200 4h 25min Lucieni-Dâmboviţa 260 2h 28/ Livezi-Bacău 149 2h 30min Lunca Tomeasa 136 2h Piria-Mehedinţi h 30min Piria-Mehedinţi 98 2h 28/ Lucăceşti-Bacău h Tătărani h Curtea de Argeş min Piria-Mehedinţi min Laslea-Mureş 52 30min Solont-Bacău min Cuzganu-Constanţa 80 30min Paltinu-Prahova 35 15min R.Sărat 35 6min Destul de recent, în 1999 la Râul Mare Retezat, a fost estimată o cădere de precipitaţii de 190 mm în 2 h pe baza creşterii nivelului din acumulare (Solacolu, 2000). Pe baza studiilor de probabilităţi spaţio-temporale de depăşire şi regionalizare (Figura 2.4), Diaconu şi Şerban au obţinut, pe lângă alte valori, precipitaţia extremă pe 24 h pentru bazinele mai mici de10 km 2 (Tabelul 2-5). Secţiunea 2: Introducere Pagina 10 din 42

11 Figura 2.4 Regionalizarea României, (Diaconu şi Şerban, 1994) Tabel 2-5 Regionalizarea României, (Diaconu şi Şerban, 1994): Potrivit referinţei de mai sus, Roşia Montană se află în zona 2A.. De exemplu, pentru o probabilitate de 1% de depăşire, precipitaţia zilnică extremă din această zonă este evaluată la 201 mm. Valoarea trebuie considerată cu oarecare rezerve, datorită scării de investigare, care nu a permis o evaluare aprofundată a aspectelor locale, ca de exemplu influenţa orografiei, variaţia precipitaţiilor mari în funcţie de altitudine, sau efectul de foehn. Cu ajutorul unei metodologii diferite, Diaconu etc. (1995) a obţinut hărţi izoliniare, pe baza evaluării timpului de concentrare şi a punctului de precipitaţie instantanee maximă. Referinţele sugerează calculul intensităţii medii a unei precipitaţii cu probabilitatea de 1% cu ajutorul relaţiei de mai jos: i 1% unde: S1% = (mm/min) ( + 1) n t c S 1% este intensitatea instantanee a unei ploi cu 1% (Figura 5) n - indicele de reducere a intensităţii ploii (Figura 6) t - timpul de concentrare c Secţiunea 2: Introducere Pagina 11 din 42

12 Figura 2.5 Raţionalizarea valorii de S 1% (Diaconu etc, 1995) Secţiunea 2: Introducere Pagina 12 din 42

13 Figura 2.6 Regionalizarea indicelui n, (Diaconu etc., 1995) Pentru bazine mai mici de 10 km 2, precum Corna, luând un timp de concentrare de circa 1 oră, pentru n = 0,5 şi S 1% = 12, intensitatea calculată a ploii cu 1% este i 1% = 1,5 mm/min, adică 90 mm/h, ceea ce echivalează cu mm/24 h. Considerentele de mai sus sugerează că valorile propuse pentru o precipitaţie extremă în 24 h cu o asigurare de 1% sub 100 mm sunt probabil subestimate, cum este cazul valorilor propuse de rapoartele Knight Piésold (2001) şi INMH (2003) Mai mult, valorile diferite date în diferite studii anterioare şi scara proiectului îndreptăţesc o analiză mai atentă a fenomenelor de precipitaţii extreme de pe amplasamentul Roşia Montană. Secţiunea 2: Introducere Pagina 13 din 42

14 3 Metodologie 3.1 Precipitaţii maxime (pm) Pentru acest studiu au fost identificate 20 de staţii meteorologice, aflate la distanţe de 6-57 km de amplasamentul Roşia Montană, după cum indică Tabelul 3-1. Tabel 3-1 Staţii meteorologice relevante din zonă Staţia Distanţa (km) Staţia Distanţa (km) Abrud 6 Întregalde 22 Alba Iulia 43 Mogoş 12 Albac 21 Scărişoara 27 Arieşeni 35 Stâna de Vale 57 Avram Iancu 26 Stei 57 Baia de Arieş 14 Ţebea 35 Băişoara 29 Turda 57 Bistra 8 Vidra 20 Cheia 29 Vlădeasa 57 Deva 51 Zlatna 22 Aceste staţii deţin înregistrări pentru diferite intervale, începând din 1895; uneori, înregistrările sunt întrerupte şi conţin mai multe serii de date lipsă. Staţia de la Roşia Montană, aflată deasupra amplasamentului propus pentru proiect, înregistrează precipitaţiile din Perioada comună de înregistrări pentru cele 21 de staţii (inclusiv cea de la Roşia Montană) este Analizele au constat din următoarele etape: a. Mai întâi, s-a determinat distribuţia spaţială a valorilor mediei şi deviaţiei standard pentru precipitaţiile maxime în 24 de ore anuale pentru cele 21 de staţii. Această etapă a determinat selectarea a 8 staţii cu valori similare ale mediei şi deviaţiei standard de la staţia Roşia Montană: Abrud, Albac, Avram Iancu, Baia de Arieş, Bistra-Câmpeni, Mogoş, Ţebea, Zlatna. Perioada corespunzătoare de înregistrări pentru staţiile selectate este prezentată în Tabelul 8. Tabel 3-2 Perioada de înregistrare a staţiei Abrud Albac Avram Iancu Baia de Arieş Bistra Mogoş Ţebea Zlatna În plus, au fost folosite pentru analize mai aprofundate valorile precipitaţiilor zilnice maxime de la staţiile Alba-Iulia ( ; ) şi Deva ( ) b. Au fost efectuate analize statistice detaliate cu ajutorul distribuţiilor Gumbel şi Person III pentru staţiile selectate, considerate a aparţine unui grup statistic omogen. Au fost efectuate analize statistice separate pentru sezonul de iarnă (noiembrie-martie) şi de vară (aprilie-octombrie). Secţiunea 3: Metodologie Pagina 14 din 42

15 Precipitaţiile maxime în 24 h anuale pentru diferite probabilităţi de depăşire (0.01%, 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 4%, 5%, 10%, 20% şi 50%) au fost obţinute prin următoarea metodă: Fiecare staţie a fost analizată separat; pentru fiecare probabilitate de depăşire, valoarea de proiectare a precipitaţiei a fost obţinută după cum urmează: valoarea precipitaţiei maxime în 24 h pentru toate staţiile, care a dat pachetul cu cele mai mari valori; inversul sau inversul pătratului distanţei pentru valoarea măsurată. Pentru fiecare an, precipitaţia maximă în 24 h înregistrată de la toate staţiile a fost reţinută pentru analize statistice; această abordare se justifică prin faptul că staţiile sunt situate într-o zonă foarte compactă, astfel încât fiecare ar fi putut fi atinsă de fenomenul maxim anual. Datorită faptului că pachetul de valori calculate pentru diferite probabilităţi de depăşire la distanţa inversă ponderată nu a dat rezultate consistente, în raportul de faţă au fost prezentate numai rezultatele obţinute prin metoda b2). După obţinerea valorilor pentru precipitaţiile de 24 h corespunzătoare probabilităţilor de depăşire menţionate, au fost obţinute precipitaţiile cu durate diferite (15, 30, 1h, 2h, 3h, 6h, 12h, 1 zi, 2 zile şi 3 zile), cu ajutorul coeficienţilor de conversie prezentaţi în Tabelul 9 (C. Diaconu şi P. Şerban, Sinteze şi Regionalizări Hidrologice, Ed. Tehnică, 1994, p. 251). Având în vedere poziţia amplasamentului Roşia Montană (v. Figura 2.4), au fost folosite valorile medii pentru zonele A şi B. Tabel 3-3 Coeficienţii de conversie pentru durata fenomenului Secţiunea 3: Metodologie Pagina 15 din 42

16 3.2 Dezgheţ pentru estimarea dezgheţului s-a utilizat metoda grad-zi. Se acceptă îndeobşte două metode: Pe baza T max - temperatura zilnică maximă (P. Şerban, V. Al. Stănescu, P.Roman - Hidrologie Dinamică, Ed. Tehnică, 1989 p ): hmelted = M ( Tmax Te ) M T max unde: Te este temperatura de echilibru (care poate fi considerată egală cu zero); T - temperatura maximă zilnică; max M - factor grad-zi sau factor de topire de utilizat pentru T max (mm/ 0 C zi), reprezentat în Figura 3.1. Figura 3.1 Factorul grad-zi M de utilizat cu T max Pe baza T med - temperatura zilnică medie (R. Drobot, P. Şerban Aplicaţii de hidrologie şi gospodărirea apelor, Ed. HGA, 1999 p. 8-9): hmelted = M ' ( Tmed Te ) M ' Tmed unde: Te este temperatura de echilibru (considerată egală cu zero); T - temperatura medie zilnică; med M - factor grad-zi sau de utilizat pentru T med (mm/ 0 C zi), reprezentat în Figura 3.2. Secţiunea 3: Metodologie Pagina 16 din 42

17 Figura 3.2 Factorul grad-zi M de utilizat cu T med Cele două metode dau în general rezultate similare. Datorită existenţei înregistrărilor valorilor maxime zilnice la staţia Roşia Montană, a fost utilizată prima metodă. b) Pentru fiecare lună a perioadei de iarnă în care pot apărea temperaturi pozitive, a fost selectată valoarea maximă; analiza frecvenţei a dat temperatura maximă zilnică pentru diferite grade de asigurare. Conţinutul de apă al zăpezii topite a fost obţinut din relaţia: = M h melted T max Trebuie menţionat că h melted reprezintă valoarea potenţială a zăpezii topite (exprimată sub formă de conţinut de apă); valoarea efectivă depinde de existenţa zăpezii. Astfel, deşi aprilie este luna critică din punct de vedere al temperaturii şi valorii coeficientului grad-zi, datorită rezervei reduse de zăpadă din bazin, lunile critice pentru acest bazin sunt de fapt martie şi februarie, când sunt de aşteptat un strat de zăpadă semnificativ şi temperaturi pozitive (Figura 3.3). Secţiunea 3: Metodologie Pagina 17 din 42

18 Figura 3.3 Identificarea lunilor critice pe baza înfăşurătoarelor Stratul maxim istoric de zăpadă a fost de 740 mm în martie 1999, iar conţinutul maxim de apă pentru aceeaşi lună a fost de 163 mm în În aprilie, valorile corespunzătoare sunt: 42 cm de zăpadă în 1996, respectiv 86 mm conţinut de apă în acelaşi an. Pe de altă parte, stratul istoric de zăpadă prezintă valoarea de 950 mm în februarie 1999 şi un conţinut maxim de apă de 189 mm în februarie 1987, dar temperaturile pozitive sunt mai mici decât cele din martie. Astfel, pentru evaluarea pe 2 sau 3 zile a conţinutului echivalent e apă al zăpezii, analizele au fost făcute pentru luna martie. c) Pentru evaluarea pe 2 zile, apa evacuată prin topirea zăpezii se obţine din relaţia: hsnowmelt 2days = M Tmax 1 + M Tmax 2 = M ( Tmax 1 + Tmax 2 ) Pentru o perioadă de 3 zile a fost folosită o relaţie asemănătoare: hsnowmelt 3days = M ( Tmax 1 + Tmax 2 + Tmax 3 ) Analiza frecvenţei pentru luna martie arată că conţinutul de apă al zăpezii este întotdeauna mai mare decât valoarea potenţială a apei topite calculate prin metoda grad-zi, chiar şi pentru o durată de 3 zile. Dacă lucrurile nu ar sta astfel, apa efectiv evacuată ar fi cantitatea minimă a apei potenţial topite şi a apei existente în stratul de zăpadă. Pentru durate mai scurte de 1 zi (15, 30, 1h, 2h, 3h, 6h) s-a considerat că dezgheţul are loc în general ziua (8h-16h). A fost atribuită o valoare fracţionară a cantităţii de apă evacuate zilnic prin topirea zăpezii pentru fiecare interval de timp. 3.3 Precipitaţii maxime probabile (pmp) Procedurile statistice de estimare a PMP pot fi folosite ori de câte ori există suficiente date de precipitaţii sau alte date meteorologice, ca de exemplu date radar sau nu există înregistrări ale punctului de rouă sau valorilor vântului. Ţinând cont de înregistrările de precipitaţii de la staţiile înconjurătoare, există înregistrări ale fenomenelor de precipitaţii extreme pe mai bine de 100 de ani. Nu există însă modele de distribuţie a furtunilor, punctului de rouă sau vântului. În ciuda anumitor probleme pe care le poate ridica estimarea statistică a PMP, aceasta a fost singura metodă posibilă pentru datele disponibile. Dintre diferitele metodologii statistice, procedura Hershfield a fost cel mai larg acceptată (OMM, 1973, 1986). Un număr important de studii recente (menţionate de Koutsoyiannis, 1999) utilizează alte metode de estimare statistică a PMP. Secţiunea 3: Metodologie Pagina 18 din 42

19 PMP se defineşte ca cea mai mare înălţime teoretică a precipitaţiei pentru o durată dată care este fizic posibilă pe o suprafaţă afectată dată într-un anumit punct geografic într-un anumit moment al anului (OMM, 1986) Într-o primă încercare de a deriva PMP pentru proiect, a fost efectuat procedeul Hershfield pentru fiecare dintre cele 20 de staţii. Această abordare nu a fost însă considerată corespunzătoare practicii internaţionale; astfel, în Australia şi SUA, apariţie PMP este asociată unor suprafeţe întinse de zeci sau chiar sute de mii de kilometri pătraţi. În aceste condiţii, s-a avut în vedere o valoare medie a PMP obţinută pentru 5 staţii reprezentative (Abrud, Arieşeni, Avram Iancu, Deva şi Stâna de Vale). Au fost considerate staţii reprezentative cele cu înregistrări pe perioade îndelungate (precum Abrud, Avram Iancu, Deva) sau care au înregistrat precipitaţii extreme importante sau valori mari ale mediilor şi deviaţiei standard pentru precipitaţii extreme în 24 h (Deva, dar şi Arieşeni şi Stâna de Vale). Calculele au fost efectuate separat pe perioadele de vară şi de iarnă. Procedeul Hershfield (OMM, 1973) se bazează pe o relaţie bine cunoscută a analizelor de frecvenţă (Ven Te Chow, 1961): X T = X n + K Sn unde: X T este precipitaţia cu o asigurare T; X n - media seriilor de n maxime anuale; S n - deviaţia standard pentru aceeaşi serie; K o variabilă de frecvenţă, care depinde de distribuţia statistică adecvată datelor hidrologice de valori extreme. Pentru derivarea PMP s-au folosit înregistrările de la staţii pentru determinarea unei valori acoperitoare a lui K. Aceste valori, în funcţie de durata fenomenului, sunt prezentate în Figura 3.4. Se poate considera o valoare maximă pentru K de 20. Secţiunea 3: Metodologie Pagina 19 din 42

20 Figura 3.4 Variaţia lui K funcţie de media precipitaţiei extreme medii şi a duratei ploii (după Hershfield; din OMM, 1973). Se pot obţine valori nerezonabile ale PMP datorită apariţiei din pură întâmplare a unei valori extreme cu o probabilitate foarte mică de depăşire (de exemplu 0.1% într-o serie de 100 de ani). Pentru a reduce influenţa unei astfel de valori excentrice a mediei şi deviaţiei standard, Hershfield a propus ajustări ale mărimilor X n şi S n. În Figurile 11 şi 12, X n m şi S n m se referă respectiv la media şi deviaţia standard a seriilor anuale după excluderea valorii maxime înregistrate. O altă ajustare a X n şi S n a fost făcută pentru a ţine seama de mărimea eşantionului (Figura 3.7). Aplicând aceste corecţii, parametrii X n şi S n din relaţia Ven Te Chow vor fi înlocuiţi de cor X n şi cor S n daţi de: S X ( X n m X n ) f ( n) ( S S ) f ( n) cor n = 3 X n f1 / S n f 2 n m / n cor n = 3 Secţiunea 3: Metodologie Pagina 20 din 42

21 Figura 3.5 Ajustarea f 1 a mediei (după Hershfield; din OMM, 1973) Figura 3.6 Ajustarea f 2 a deviaţiei standard (OMM, 1973) Figura 3.7 Ajustarea f 3 a mediei şi deviaţiei standard pentru perioada de înregistrări Secţiunea 3: Metodologie Pagina 21 din 42

22 3.4 Coeficienţi de şiroire În termenii cei mai generali (Figura 14) coeficientul de şiroire α se defineşte ca raportul dintre grosimea şiroirii (ploaie efectivă sau netă notată h n ) şi grosimea stratului de precipitaţii (ploaie globală notată h b ). Astfel: h α = n hb Figura 3.8 Precipitaţii efective Rainfall Infiltration intensity Effective rainfall Infiltrated rainfall Infiltration capacity Duration [min] Coeficienţii de şiroire pentru bazinele mici variază în general de la 0,35 la 0,80 (Tabelul 10, Figura 15 şi Anexa 2) şi depind de panta bazinului ( I b %), gradul de împădurire ( C p %), textura solului (uşoară, medie şi grea) şi de Indexul de Precipitaţie Anterioară (IPA) ca indicator de influenţă a precipitaţiilor produse în zilele anterioare. Secţiunea 3: Metodologie Pagina 22 din 42

23 Tabel 3-4 Coeficienţi de şiroire Textură uşoară Textură medie Textură grea C p % I b % ,44 0,42 0,40 0,38 0, ,46 0,44 0,42 0,40 0, ,48 0,46 0,44 0,42 0, ,50 0,48 0,46 0,44 0, ,52 0,50 0,48 0,46 0,44 C p % I b % ,55 0,53 0,51 0,49 0, ,57 0,55 0,53 0,51 0, ,59 0,57 0,55 0,53 0, ,62 0,60 0,58 0,55 0, ,64 0,62 0,60 0,57 0,55 C p % I b % ,66 0,63 0,61 0,58 0, ,69 0,66 0,63 0,60 0, ,73 0,69 0,66 0,63 0, ,75 0,72 0,69 0,65 0, ,78 0,75 0,72 0,68 0,65 Sunt posibile valori mai mari decât 0.8 ale coeficientului de şiroire pe terenuri foarte abrupte şi valori mai mari ale IPA, adică precipitaţii anterioare considerabile anterior ploii analizate, ducând la saturarea straturilor superioare ale solului. Secţiunea 3: Metodologie Pagina 23 din 42

24 Figura 3.9 Domeniul de variaţie al coeficienţilor de şiroire Runoff coefficient Light texture - Fore st100% - API = 0 m m Ib= 5-10 % Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall (mm ) Ru no ff co effi cie nt Heavy texture-forest=0%-api=40mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall (mm) Secţiunea 3: Metodologie Pagina 24 din 42

25 4 Analize 4.1 Precipitaţii maxime Pe baza valorilor mediei şi deviaţiei standard pentru precipitaţii extreme în 24 h în perioada la 21 de staţii din bazinul superior al râului Arieş (inclusiv staţia Roşia Montană) a fost identificată o arie omogenă în jurul amplasamentului Roşia Montană. Au fost alese pentru analize aprofundate un număr de 10 staţii (Abrud, Albac, Avram Iancu, Baia de Arieş, Bistra-Câmpeni, Mogoş, Ţebea, Zlatna, Alba-Iulia şi Deva) cu valori medii anuale ale precipitaţiilor maxime în 24 h în domeniul mm şi o deviaţie standard de mm (Figura 4.1). Figura 4.1 Zona supusa analizei aprofundate Analiza a fost efectuată luând în considerare valoarea maximă anuală extremă pe 24 h din zonă; au fost efectuate analize separate pentru sezonul de vară (mai-noiembrie) şi de iarnăprimăvară (decembrie-aprilie). Rezultatele obţinute pentru aceste două perioade cu ajutorul distribuţiei Pearson III sunt prezentate în Tabelul 4-1 şi Figurile 4.2 şi 4.3. Secţiunea 4: Analize Pagina 25 din 42

26 Tabel 4-1 Analiza frecvenţei Probabilităţi de depăşire Perioada de vară iarnă-primăvară ppx pk = PP3 = PP3 = pk pk % Figura 4.2 Distribuţia precipitaţiilor extreme pe 24 h de vară Exceedance probabilities 200 Precipation [mm] PA P P s jk i, empiric i, % Empiric - Weibull Gumbel Pearson III PA Gumbel ( P, jk ) % P [%], PA Pearson3 ( P, jk ) % 100 Secţiunea 4: Analize Pagina 26 din 42

27 Figura 4.3 Distribuţia precipitaţiilor extreme pe 24 h de iarnă-primăvară Exceedance probabilities 200 Precipation [mm] PA P P s jk i, empiric i, % Empiric - Weibull Gumbel Pearson III PA Gumbel ( P, jk) % P [%], PA Pearson3 ( P, jk) % Dezgheţul Cu ajutorul distribuţiei Gumbel, au fost obţinute următoarele valori pozitive pentru intervalele de timp de 1, 2 şi respectiv 3 ile (Tabelul 12). Tabel 4-2 Temperatura maximă estimată TEMPERATURA Perioada de recurenţă temp 1 zi temp 2 zile temp 3 zile [ani] [grade] [grade] [grade] , PMT Înălţimea echivalentă a apei din topirea zăpezii s-a obţinut prin înmulţirea acestor valori cu coeficientul grad-zi pentru martie (2 mm/ o C zi). Pentru durate mai scurte de 15, 30, 1h, 2h, Secţiunea 4: Analize Pagina 27 din 42

28 3h, 6h considerând că dezgheţul are loc în general ziua (8h-16h), s-a calculat o valoare fracţionară a apei din dezgheţ pentru fiecare dintre aceste intervale. 4.3 Precipitaţii maxime probabile (pmp) PMP pe 24 h s-a determinat atât pentru precipitaţii anuale, cât şi pentru sezonul de iarnă-primăvară. Datorită incertitudinilor legate de evaluarea PMP, mai ales de perioada relativ scurtă de înregistrări de la 2 staţii (Arieşeni şi Stâna de Vale), au fost formulate diferite ipoteze privind precipitaţia anulă, care au dat un domeniu de valori ale PMP pentru fiecare staţie (Tabelul 13). Pentru proiectul Roşia Montană a fost aleasă valoarea PMP de vară de 450 mm şi o valoare a PMP de iarnă de 380 mm. Valorile se situează în domeniul valorilor PMP raportate recent în Europa Centrală: 800 mm în 24 h (Tetzlaff şi colab., 2003); 350 mm în 24 h (Becker şi Grunewald, 2003); Se poate observa că domeniul de variaţie raportat este foarte larg. Valoarea PMP pentru Europa este în curs de revizuire după recentele inundaţii mari care au cauzat pagube imense în Europa Centrală şi Sudică. Tabel 4-3 PMP estimat Staţia PMP (mm) PMP (mm) Anual Iarna Abrud Arieşeni Avram Iancu Deva Stâna de Vale PMP Roşia Montană (adoptat 450 ) 380 PMP cu durata de 2 şi 3 zile a fost calculată cu ajutorul coeficienţilor de conversie. Aceeaşi metodă a fost adoptată pentru durate mai scurte de 15, 30, 1h, 2h, 3h, 6h şi 12 h. 4.4 Coeficienţi de şiroire Cea mai mare parte a zonei de bazin a proiectului are panta naturală de 40%. Zonele împădurite din bazinele Văii Roşia şi Văii Corna sunt estimate respectiv la 20% şi 30% şi constau din soluri de textură medie. Pe baza celor de mai sus şi a coeficienţilor de şiroire discutaţi în Secţiunea 3.4 a prezentului raport şi ilustraţi în Anexa 2, este de aşteptat un coeficient maxim de şiroire de 80%. Se estimează că vara coeficienţii maximi de şiroire ar putea varia între 0,3 şi 0,45 pentru evenimente cu asigurarea de 10%, 0,35-0,63 pentru evenimente cu asigurarea de 1% şi 0,5-0,7 pentru T=1000 sau mai mult. Limitele domeniilor de variaţie corespund duratei minime şi respectiv maxime a precipitaţiei. În perioada de iarnă-primăvară, toţi coeficienţii corespunzători au fost măriţi cu 0,1 pentru a ţine seama de o valoare potenţial mai mare a IPA. Datorită caracterului excepţional al PMP şi al ipotezelor conservative necesare pentru proiectarea condiţiilor de siguranţă, se recomandă adoptarea şi utilizarea în analizele hidrologice a unor coeficienţi de şiroire mai mari decât de obicei. Secţiunea 4: Analize Pagina 28 din 42

29 Şiroirile PMP de iarnă s-ar putea produce teoretic după şi în paralel cu un dezgheţ puternic, în condiţii de sol saturat. Din acest motiv, s-a propus un coeficient de şiroire de 90% pentru PMP de iarnă pe porţiunile de uscat şi de 100% pentru suprafeţele de apă şi impermeabile. În privinţa PMP de vară s-a adoptat un coeficient de şiroire de 80% pe porţiunile de uscat şi de 100% pentru suprafeţele de apă şi impermeabile. Secţiunea 4: Analize Pagina 29 din 42

30 5 Constatări şi concluzii Pe baza rezultatelor prezentate, s-au obţinut precipitaţiile extreme pentru diferite intervale de timp în cele două sezoane. Fenomenele de precipitaţii în 24 h sunt prezentate în Tabelul 13, iar precipitaţiile însoţite de dezgheţ plus coeficienţii estimaţi pentru şiroire pe celelalte durate sunt prezentate în Anexa A. Valorile obţinute pe 24 h sunt ceva mai mici decât valorile corespunzătoare date de INMH în Acest lucru se poate explica prin faptul că în acest studiu s-a efectuat o analiză regională mai aprofundată. Pe de altă parte, valoarea PMP adoptată pentru proiect, care determină proiectarea celei mai importante structuri a proiectului, a crescut semnificativ faţă de valorile PMP propuse în studiile anterioare. Roşia Montană va fi primul proiect din România calculat pe baza criteriilor PMP şi VMP. Secţiunea 5: Constatări şi concluzii Pagina 30 din 42

31 6 Bibliografie 1. C. Diaconu, P. Serban, Sinteze şi Regionalizări Hidrologice, Ed. Tehnică, 1994; 2. C. Diaconu, P. Mita, E. Nita Instrucţiuni pentru calculul scurgerii maxime în bazine mici. INMH, V. T. Chow A general formula for hydrologic frequency analyses. Transactions American Geophysical union, Vol. 32, pp Manual for estimation of Probable Maximum Precipitation. Geneva, WMO, D. Koutsoyiannis A probabilistic view of Hershfield s method for estimating probable maximum precipitation. Water Resources Research, vol. 35, no. 4, pages , April R. Drobot, P. Şerban, Aplicaţii de Hidrologie şi Gospodărirea Apelor. Ed. HGA, Bucureşti, V. Al. Stănescu, R. Drobot Măsuri nestructurale de gestiune a inundaţiilor. Ed. HGA, Bucureşti, A. Becker, U. Grunewald, Flood Risk in Central Europe. Science, vol. 300, May 2003, page G. Tetzlaff, M. Borngen, M. Mudelsee, Comparison of maximum precipitation estimates with runoff depths for the 1342 and 2002 Central European flood events. Water Resources systems - Proceedings of Symposium HS02b IUGG2003, Sapporo, July 2003, pages Secţiunea 6: Bibliografie Pagina 31 din 42

32 Anexa 1: Tabele de precipitaţii, dezgheţ şi şiroiri Anexa 1: Tabele de precipitaţii, dezgheţ şi şiroiri Pagina 32 din 42

33 Tabel 6-1 Furtună de iarnă + dezgheţ (durata de 15 min la 3 zile) 15 min (1/4 h) 30 min (1/2 h) Perioada de recurenţa Pricipitaţii Dezgheţ martie Total Coeficient de şiroire Pricipitaţii Dezgheţ martie Total Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] , , PMP Perioada de recurenţa Pricipitaţii Dezgheţ martie 60 min (1 h) 120 min (2 h) Total Coeficient Pricipit de şiroire aţii Dezgheţ martie Total Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [ , , PMP Anexa 1: Tabele de precipitaţii, dezgheţ şi şiroiri Pagina 33 din 42

34 Perioada de Pricipitaţii Dezgheţ martie recurenţa 180 min (3 h) 360 min (6 h) Total Coeficient de şiroire Pricipit Dezgheţ aţii martie Total Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [ - ] [mm] [mm] [mm] [ - ] , , PMP Perioada de Pricipitaţii Dezgheţ Total martie recurenţa 720 min (12 h) min (1 zi) Coeficient de şiroire Pricipitaţii Dezgheţ Total martie iarnă Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [ - ] [mm] [mm] [mm] [ - ] , , PMP Anexa 1: Tabele de precipitaţii, dezgheţ şi şiroiri Pagina 34 din 42

35 2.880 min (2 zile) min (3 zile) Perioada de Pricipitaţii Dezgheţ martie recurenţa Total iarnă Coeficient de şiroire Pricipitaţii Dezgheţ martie Total iarnă Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [ - ] [mm] [mm] [ - ] , , PMP Tabel 6-2 Furtună de vară (durata de 15 min la 3 zile) 15 min (1/4 h) 30 min (1/2 h) Perioada de Pricipitaţii dezgheţ Total recurenţa Coeficient de şiroire Pricipitaţii dezgheţ Total Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [ - ] [mm] [mm] [mm] [ - ] , , PMP Anexa 1: Tabele de precipitaţii, dezgheţ şi şiroiri Pagina 35 din 42

36 Perioada de recurenţa Pricipitaţi i 60 min (1 h) 120 min (2 h) dezgheţ Total Coeficient Pricipitaţi de şiroire i dezgheţ Total Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [ - ] [mm] [mm] [mm] [ - ] , , PMP Perioada de Pricipitaţii dezgheţ recurenţa 180 min (3 h) 360 min (6 h) Total Coeficient de şiroire Pricipitaţii dezgheţ Total Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [ - ] [mm] [mm] [mm] [ - ] , , PMP Anexa 1: Tabele de precipitaţii, dezgheţ şi şiroiri Pagina 36 din 42

37 Perioada de Pricipitaţii dezgheţ recurenţa 720 min (12 h) min (1 zi) Total Coeficient de şiroire Pricipitaţii dezgheţ Total iarnă Coeficient de şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [ - ] [mm] [mm] [mm] [ - ] , , PMP Perioada de recurenţa Pricipitaţii min (2 zile) min (3 zile) dezgheţ Total iarnă Coeficient de şiroire Coeficient de Pricipitaţii dezgheţ Total iarnă şiroire [ani] [mm] [mm] [mm] [ - ] [mm] [mm] [ - ] , , PMP Anexa 1: Tabele de precipitaţii, dezgheţ şi şiroiri Pagina 37 din 42

38 Anexa 2: Coeficienţi de şiroire Anexa 2: Coeficienţi de şiroire Pagina 38 din 42

39 Figura 6.1 Coeficient de scurgere Sol cu textură uşoară Runoff coefficient Light texture - Forest=0% - API = 0mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Runoff coefficient Light texture - Forest100% - API = 0 mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall (mm) Rainfall (mm) Runoff coefficient Light texture-forest=0% - API=40mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Runoff coefficient Light texture - Forest=100% - API=40mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall (mm) Rainfall(mm) Anexa 2: Coeficienţi de şiroire Pagina 39 din 42

40 Figura 6.2 Coeficient de scurgere Sol cu textură medie R unoff coefficient Average texture-forest=0%-api=0mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Runoff coefficient Average texture-forest 100%-API=0mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall(mm) Rainfall(mm) Runoff coefficient Average texture-forest 0%-API=40mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Runoff coefficient Average texture-forest 100%-API=40mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall(mm) Rainfall(mm) Anexa 2: Coeficienţi de şiroire Pagina 40 din 42

41 Figura 6.3 Coeficient de scurgere Sol cu textură grea Runoff coefficient Heavy texture-forest=0%-api=40mm Runoff coefficient Heavy texture-forest 100%-API=40mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall(mm) Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall (mm) Runoff coefficient Heavy texture-forest=100%-api=0mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Runoff coefficient Heavy texture-forest=0%- API=0mm Ib=5-10% Ib=10-20% Ib=20-30% Ib=30-40% Ib=40-50% Rainfall (mm) Rainfal Anexa 2: Coeficienţi de şiroire Pagina 41 din 42

42 Anexa 3: Date privind precipitaţiile de la staţiile Abrud, RMGC-Roşia Montană, Rotunda-Roşia Montană Anexa 2: Coeficienţi de şiroire Pagina 42 din 42