Evolution 2D de la bande active de la Haute Prahova (Roumanie) durant les 150 dernières années

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  Evolution 2D de la bande active de la Haute Prahova (Roumanie) durant les 150 dernières années
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  Géomorphologie : relief,processus, environnement 3/2010 (2010)Varia ................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Gabriela Ioana-Toroimac, Robert Dobre, Florina Grecu et Liliana Zaharia Evolution 2D de la bande active de laHaute Prahova (Roumanie) durant les150 dernières années ................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Avertissement Le contenu de ce site relève de la législation française sur la propriété intellectuelle et est la propriété exclusive del'éditeur.Les œuvres figurant sur ce site peuvent être consultées et reproduites sur un support papier ou numérique sousréserve qu'elles soient strictement réservées à un usage soit personnel, soit scientifique ou pédagogique excluanttoute exploitation commerciale. 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Référence électroniqueGabriela Ioana-Toroimac, Robert Dobre, Florina Grecu et Liliana Zaharia, « Evolution 2D de la bande activede la Haute Prahova (Roumanie) durant les 150 dernières années », Géomorphologie : relief, processus,environnement   [En ligne], 3/2010 | 2010, mis en ligne le 01 octobre 2012, consulté le 12 octobre 2012. URL : http://geomorphologie.revues.org/7988 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.7988Éditeur : Groupe français de géomorphologiehttp://geomorphologie.revues.orghttp://www.revues.orgDocument accessible en ligne sur : http://geomorphologie.revues.org/7988Ce document est le fac-similé de l'édition papier.© Groupe français de géomorphologie  Abridged English version  This article starts from the current state of research on theevolution of European mountain rivers. Several rivers co-ming down the French and Italian Alps and the Polish Car- pathians are characterised by the narrowing and incision of their channels. This evolution is due to a decrease of theirsediment charge related to climate variations (end of the Litt-le Ice Age, diminishing frequency of hazards) and human ac-tivities (reforestation of river banks, abandonment of inten-sely cultivated floodplains, construction of reservoirs dams,exploitation of grains, embanking) as shown in the works of  J.-L. Peiry (1988), J.-P. Bravard et al . (1997, 1999), J. Kor- pak (2007), J. Lach and B. Wyzga (2002), N.Landon and  H.Piégay (1994, 1999), N. Landon et al . (1998), C. Mira-mont et al ., 1998, G.M. Kondolf et al . (2002), F. Liébault and  H.Piégay (2002), L. Starkel (2005), N. Surian (1999), N.Surian and M. Rinaldi (2003), N. Surian and A. Cisotto(2007), F. Taillefumier and H. Piégay (2002), and B. Wyzga(1996). Within this general framework for the evolution of Euro- pean mountain rivers, this article aims at contributing to theanalysis of the dynamics of Romanian Carpathian rivers.The studied area is the Upper Prahova River which comesdown the southern side of the Carpathians and goes throughthe Subcarpathians (56 km in length, with a 486 km² catch-ment area, and a 8.2 m 3  /s annual mean discharge). In thesame spirit as the research conducted on the Haut Guil, atributary of the Durance in the French Southern Alps (Ar-naud-Fassetta and Fort, 2004), the main purpose of this ar- Géomorphologie: relief, processus, environnement, 2010, n°3, p. 275-286 Evolution 2D de la bande active de la Haute Prahova(Roumanie) durant les 150 dernières années A 2D active-channel’s evolution of the Upper Prahova River (Romania) during the last 150 years  Gabriela Ioana-Toroimac*, Robert Dobre**, Florina Grecu**, Liliana Zaharia** *Université Lille 1 Sciences et Technologies, UFR de Géographie et Aménagement, Cité Scientifique, avenue Paul Langevin, 59655 Villeneuve d’AscqCedex, France. Courriel : gabriela_toroimac@yahoo.com**Université de Bucarest, Faculté de Géographie, 1 boulevard Nicolae Balcescu, Sector 1, 010074 Bucarest, Roumanie. Courriel : dobre@geo.unibuc.ro;grecu@geo.unibuc.ro; zaharialil@yahoo.com Résumé Cet article traite de l’évolution de la Haute Prahova (Carpates et Subcarpates en Roumanie) durant les 150 dernières années en relationavec les facteurs responsables. L’analyse est basée sur une étude cartographique diachronique réalisée à partir de cinq séries de carteset orthophotoplans de 1855, 1900, 1955, 1980, 2005. Les paramètres pris en compte ont été la sinuosité et la bande active de tressage,ce qui a permis de déterminer le style fluvial de la Prahova et de quantifier ses variations. Les principaux résultats montrent que la Pra-hova se caractérise par une contraction importante de la largeur de son chenal fluvial/bande active et par une très faible évolution de sasinuosité. Cela est dû à l’action conjuguée de plusieurs types de facteurs naturels et anthropiques qu’il est difficile de départager du faitde leurs effets simultanés. Mots clés : tressage, contraction de la bande active, étude cartographique diachronique. Abstract  The purpose of this paper is to analyse the channel adjustments of the Upper Prahova (Carpathians and Subcarpathiansin Romania) during the last 150 years and to determine the factors of this evolution. This analysis is based on diachron-ic cartography, applied to five series of maps and aerial photographs (1855, 1900, 1955, 1980, 2005). The analysed  parameters are channel sinuosity and active-channel width. These parameters show channel pattern and its evolution. Themain results confirm the important narrowing of the Prahova’s active channel and the stability of its sinuosity. This evo-lution is explained by the combined action of natural factors and human activity; their respective influence is hard toestablish on account of their simultaneous effects.  Key words: braided channels, channel narrowing,diachronic cartography.  ticle is to analyse the 2D evolution of the Prahova’s channel from 1855 to 2005. A secondary purpose is to provide anoverview of the determining factors in this evolution, whe-ther they are natural or human. The evolution of the UpperPrahova is analysed based on cartographic and lithogra- phic sources within the framework of a diachronic study.The documents used here are the following: Szathmary’s li-thography designed from 1855 land surveys; Ordnance Sur-vey maps designed from 1895-1902 land surveys; topogra- phic maps from 1953-57 and 1977-1980; aerial photo-graphs from 2003-2005. These documents were calibrated,georeferenced and corrected beforehand, so as to come upwith the same geographic referential and, as far as possible,to eliminate geometric distortions. The reconstitution of theUpper Prahova’s channel pattern is essentially modeled after J.C. Brice’s 1964 classification, which distinguishesbetween straight channels (i.e. channels with a sinuosity in- ferior to 1.02), sinuous channels (i.e. channels with a sinuo-sity comprised between 1.02 and 1.4) and meandering chan-nels (i.e., channels with a sinuosity superior to 1.4). So as todistinguish between channel patterns with multiple chan-nels, we used J.-L. Peiry’s method (1988). He defined the ac-tive braided channel as representing all channels with waterand all non-vegetalised bars; moreover, the absence of ve-getation on the bars indicates an active inundation, whichmoves the grains and has probably an annual frequency. Inthis article, the measures were taken on transversal profiles,every 250 m along the river. The results obtained with this methodological approachallowed us to determine the channel pattern of the UpperPrahova River and the 2D variations (in width and sinuosi-ty) of the river channels. The following chronological ac-count shows the main stages in the evolution of the Praho-va River. Between 1855 and 1900, the Subcarpathian Pra-hova formed braided channels. Since there is no informationabout the channel pattern of the Carpathian Prahova and since it is impossible to quantify its evolution, no solid conclusions can be drawn about the state of the Prahova River at the end of the Little Ice Age, which occurred around 1840 in the Romanian Carpathians, according to I. Popaand Z. Kern’s research (2009). Between 1900 and 1950, theCarpathian Prahova retracted by 14% and the Subcarpa-thian Prahova by 40%. Consequently, it is possible to saythat the active channel of the Prahova contracted at the be-ginning of the 20th century, thereby recovering from the hy-droclimatic hazards of the end of the 19th century. This evo-lution confirms A. S. Issar’s work (2003); indeed he explainsthat the end of the Little Ice Age manifested itself, throu-ghout Central Europe, by a change in the rainfall and hy-drological regime causing the intensification of summer pre-cipitation and floods. However, due to the lack of cartogra- phic sources, it is not possible to specify the duration of the period during which the hydrosystem stabilised after the hy-droclimatic hazards. Concerning this period, we estimate theimpact of the human factor to be negligible, since most of theimprovements, in particular most of the embankment worksof the transportation network along the Prahova River, al-ready existed in 1900. Between 1955 and 1980, the Carpa-thian Prahova retracted by 12% and the Sucarpathian Pra-hova by 14%. The small contraction of the active channel of the Subcar- pathian reach during this period can be explained by hy-drological events of a relatively morphogenic characterwhich neutralised the effects of the human improvements,like the embankment of the national road on the left bank of the Prahova in 1963-65 and of the Prahova’s active channelin Comarnic and Câmpina during the 1970s, so as to pro-tect the industrial areas of these two towns and to create aresidential neighbourhood. Between 1980 and 2005, theCarpathian Prahova retracted by 17% and the Subcarpa-thian Prahova by 55%. The factors which determined thisevolution are the following: the building of the Sinaia reser-voir dam on the Prahova River, the extraction of grains, thesetting up of gabions and low-head dams, and the extensionof the riparian forest in the Subcarpathians. Moreover, whenthe aerial photographs were taken in the spring of 2005, nosignificant hydrological events had happened on the Praho-va River for eight years. That is why some Subcarpathianchannels seem temporarily abandoned, although a flood could reactivate them at any time. Yet it is still difficult todistinguish the role of each factor in the overall evolution,especially because their action was simultaneous and be-cause the river systems generate feedback loops. The diffe-rential intensity of the contraction observed in the Carpa-thians and Subcarpathians is explained by the nature of thechannel pattern: braided channels are the most sensitive pattern to variations of liquid discharge and especially bed-load sediment discharge.  Despite these limiting factors, this study shows the twininterest of analysing the evolution of the Prahova River overthe last 150 years: it demonstrates the usefulness of, first,understanding the effects of hydrological and human factorson the river dynamics, and, second, of opening new avenues for research and planning, such as identifying areas of eco-logical interest related to river dynamics and conserving thediversity of river landscapes. Introduction Cet article prend pour point de départ l’état des connais-sances sur l’évolution des rivières de montagne européennes.Un premier exemple est celui des rivières qui descendent desAlpes françaises et du Massif central français. Certains tron-çons des affluents du Rhône se caractérisent par l’incision etla contraction de leurs chenaux depuis la fin du Petit ÂgeGlaciaire (PAG). Entre 1850 et 1950, la contraction desbandes actives de tressage a été interprétée comme la résul-tante de la stabilisation des hydrosystèmes après les fortescrues qui les avaient affectés au cours de la deuxième moitiédu XIX e siècle ; ce phénomène a été amplifié par la refores-tationdes bassins torrentiels à partir de la fin du XIX e siècle,induisant une diminution de la charge alluviale. Entre 1950 et1970, la contraction des bandes actives s’est intensifiée sousl’influence des activités humaines (reforestation des rives descours d’eau, abandon des lits d’inondation qui étaient inten-sément voués à l’agriculture, construction des barrages-ré- 276 Géomorphologie: relief, processus, environnement, 2010, n°3, p. 275-286 Gabriela Ioana-Toroimac et al.  servoirs, exploitation des granulats). Ces résultats reposentsur les travaux de J.-L. Peiry (1988), J.-P. Bravard et al .(1997, 1999), N. Landon et H. Piégay (1994, 1999), N. Lan- don et al . (1998), C. Miramont et al ., 1998 ; G.M. Kondolf  et al . (2002), F. Liébault et H. Piégay (2002) et F. Taillefu-mier et H. Piégay (2002). Un autre exemple est celui des ri-vières des Alpes italiennes et des Apennins. C’est le cas dela Piave, de la Brenta et des rivières toscanes, qui ont connuune contraction de leur bande active durant le XX e siècle.N.Surian (1999), N. Surian et M. Rinaldi (2003) et N. Su-rian et A. Cisotto (2007) expliquent que les actions anthro-piques (barrages et dérivations d’eau, moyens divers de pro-tection contre l’érosion, aménagement des torrents, exploita-tion des granulats, reforestation) ont été les principaux facteursde cette évolution. A travers l’exemple de la Vistule et de sesaffluents, on sait aussi que les rivières des Carpates polonaisesont connu les mêmes tendances d’évolution vers la contractiondes bandes actives et vers l’incision des chenaux fluviaux de-puis le début du XX e siècle. B. Wyzga (1996), J.Lach etB.Wyzga (2002), L. Starkel (2005) et J.Korpak (2007) expli-quent que cette évolution est due à la reforestation des bas-sins versants suite à des phénomènes d’exode durant la Se-conde Guerre Mondiale, à l’exploitation intense des granu-lats et à la régularisation des cours d’eau.Dans ce cadre général de l’évolution des rivières de mon-tagne en Europe, cet article propose d’apporter sa contribu-tion par l’analyse de la dynamique des rivières carpatiquesroumaines. Le secteur étudié est celui de la vallée de la HautePrahova. Dans cette partie de la vallée, la Haute Prahova estconsidérée une rivière typiquement carpatique en raison desunités de relief qu’elle traverse, formées en relation avec lasurrection de la chaîne carpatique, de son régime hydrolo-gique lié, en partie, à la présence des Carpates, des localitésqui longent sa vallée ( i.e. , villes de 10 000 à 50000 habi-tants) et de certaines branches socio-économiques qui se sontdéveloppées dans cette vallée considérée comme « transcar-patique ». A l’image des travaux effectués sur le Haut Guil,affluent de la Durance dans les Alpes françaises du Sud (Ar-naud-Fassetta et Fort, 2004), l’objectif principal de cet articleest d’analyser l’évolution en 2D du chenal actif de la Praho-va pour la période 1855-2005. En second lieu, il propose dedonner un aperçu des facteurs responsables de cette évolu-tion, aussi bien naturels qu’anthropiques.Après avoir pré-senté brièvement le cadre géographique de la Haute Prahovaet la démarche méthodologique, l’article décrit la dynamiquerécente de la bande active de la Haute Prahova puis lescauses responsables de cette évolution. La Haute Prahova et son bassin-versant D’après la classification de H. Gravelius (1914), la Praho-va est un affluent de deuxième ordre du Danube. Cette rivièretorrentielle descend de la rame méridionale des Carpatesavant de traverser les Subcarpates et la Plaine roumaine (pié-mont de Ploieşti et bassin de subsidence de Gherghiţa-Sărata).L’étude focalise sur la Haute Prahova, dans les Carpates et lesSubcarpates jusqu’à la confluence avec son affluent la Dof-tana (fig. 1 A et C). Le tronçon de rivière étudié fait 56 km delongueur, dans un bassin-versant de 486 km², pour un débitmodule de 8,2 m 3 /s et une concentration en matières en sus-pension de 13,6 kg/s (fig.1B). Le bassin-versant de laHaute-Prahova reçoit annuellement 1027mm de précipita-tions à Sinaia (1 510 m) et 720 mm de précipitationsàCâmpina (461 m). Le régime de la Haute Prahova est detype nivo-pluvial, caractérisé par deux périodes de hauteseaux ordinaires en mai et en décembre, résultant respective-ment de la fonte des neiges et de l’action combinée despluies d’automne et des premières neiges, des basses eauxen janvier, en relation avec le phénomène de gel, et descrues estivales consécutives des fortes pluies d’été.Les fac-teurs responsables du potentiel hydrogéomorphologique dela Haute Prahova peuvent être classés en deux groupes selonleur temps d’action. Àlong terme, la lithologie du bassin-versant (conglomérats, grès, marnes, argiles, des rochesdonc peu résistantes à l’érosion mécanique) et sa morpho-métrie (fortes pentes et énergie de relief) sont des facteurspotentiellement fournisseurs d’une quantité considérable dedébris. Les débris sont entraînés par plusieurs types de pro-cessus morphodynamiques : avalanches et torrents dans lesCarpates ; glissements de terrain dans les Subcarpates ;apports des affluents vers le cours principal d’eau. A l’échel-le des 150 dernières années, l’évolution du chenal torrentielde la Haute Prahova est déterminée par les variations de sesflux liquides et solides, eux-mêmes dépendants des varia-tions climatiques et des modifications de l’occupation du soldans le bassin-versant. Démarche méthodologique L’évolution de la Haute Prahova a été analysée à partir dedocuments cartographiques et lithographiques dans le cadred’une étude diachronique réalisée en deux étapes. La préparation et le traitement desdocuments Les documents utilisés ont été : la lithographie de Szath-mary réalisée à partir des levées de terrain de 1855 ; lescartes roumaines d’Etat Major réalisées à partir des levéesde terrain des années 1895-1902 ; les cartes topographiquesde 1953-1957 et de 1977-1980 ; les orthophotoplans de2003-2005 (fig. 2A). Dans un premier temps, les documentscartographiques ont été superposés afin de pouvoir êtrecomparés. Au préalable, ces documents ont été calibrés, géo-référencés et corrigés afin d’avoir le même référentiel géo-graphique et d’éliminer, dans la mesure possible, les distor-sions géométriques. Les photographies aériennes ont été géo-référencées et corrigées par l’organisme qui les met à la dis-position du public, ici le Fond National Géodésique (FNG).Les cartes topographiques ont été géoréférencées à partir descoordonnées géographiques ; sur chaque carte, 12points ontété choisis en tant qu’amers. Pour le géoréférencement descartes d’Etat Major, des points communs ont été cherchéssur ces plans et sur les cartes topographiques ; ils ont ététrouvés avec difficulté, étant donné les nombreux change- 277 Géomorphologie: relief, processus, environnement, 2010, n°3, p. 275-286 Evolution de la bande active de la Haute Prahova depuis 150 ans  ments auxquels la région a été soumise. Finalement, ens’adaptant à la réalité du terrain, les points communs choisisont été les églises, les coins de rues et/ou les sommets (pics etlignes de crête) dans les régions de montagne. Ainsi, une di-zaine de points d’amer ont été utilisés pour chaque carted’Etat Major. La lithographie de Szathmary n’a pas fait partiede cette étude cartographique mais elle a été utile pour carac-tériser l’hydrosystème au milieu du XIX e siècle.Cependant, l’ensemble de cette méthode de géoréféren-cement a pu engendrer plusieurs erreurs (fig. 2B) :-  Erreur liée au repérage des amers . La résolution et lezoom des documents peuvent induire des erreurs d’identifica-tion des points d’amer. Sur les cartes topographiques et lesplans militaires, le zoom a été de 7 fois par rapport à la taillede l’écran afin de pouvoir travailler à l’échelle du pixel. La ré-solution de ces images est donc bonne et l’erreur au maxi-mum d’1 pixel ; cela équivaut à ± 3 m sur les cartes topogra-phiques et ± 2,5 m sur les plans militaires. Ce type d’erreurn’a pas concerné les photographies aériennes qui étaient déjàcalibrées, georéférencées et corrigées ; le zoom des orthopho-toplans a été de 24 fois afin de travailler à l’échelle du pixel,en sachant qu’un pixel correspond à ± 0,5m sur le terrain. -  Erreur résiduelle qui subsiste après le calcul des mo-dèles polynomiaux . Cette erreur a été évaluée par le logicielau niveau de chaque amer : elle correspond à la différenceen pixels entre les coordonnées d’un amer déterminé sur ledocument servant de référence à la correction et les coor-données de ce même amer sur l’autre document, une fois 278 Géomorphologie: relief, processus, environnement, 2010, n°3, p. 275-286 Gabriela Ioana-Toroimac et al. Fig. 1 – Le terrain d’étude. A : Situation géographique du bassin-versant de la Prahova en Roumanie. B : Caractéristiques principales de laHaute Prahova et de son bassin-versant. C : Bassin-versant de la Haute Prahova, altitudes, affluents et villes. Fig. 1 – Study area. A: Geographical location of the Prahova’s catchment in Romania. B: Main characteristics of the Upper Prahova River and its catchment. C: The Upper Prahova’s catchment, altitudes, tributaries and towns.
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