Proiect finanţat prin programul de Cooperare Transfrontalieră Ungaria - România 2007 – 2013

(Nr. de înregistrare a proiectului: HURO/0801/047)

Cercetări ştiinţifice legate de starea şi hidrogeologia corpurilor de ape subterane transfrontaliere din bazinul Crişurilor

(Bihor–Hajdú-Bihar)

Modelul hidrodinamic a zonelor „pilot” din perimetrul de cercetare din România

Modelul hidrodinamic Pădurea Craiului

Modelul hidrodinamic Băile Felix–Oradea Modelul de transport Pădurea Craiului

Decembrie 2010.

Raport intermediar de activitate

Contract nr.: 8608/26.07.2010

Denumirea proiectului: Cercetări ştiinţifice legate de starea şi hidrogeologia corpurilor de ape subterane transfrontaliere din bazinul Crişurilor (Bihor–Hajdú-Bihar)

Proiect finanţat prin programul de Cooperare Transfrontalieră Ungaria - România 2007 – 2013

Etapa de lucru: Modelul hidrodinamic a zonelor „pilot” din perimetrul de

cercetare din România (modelul hidrodinamic Pădurea Craiului şi modelul hidrodinamic Băile Felix–Oradea)

Data prezentării: Decembrie 2010

Contractor: Consiliul Judeţean Bihor

Contractant: Asocierea KSZI-Geogold Carpatin

Reprezentant oficial: Kissné Jáger Erika

Lider de proiect: Ambrus Magdolna

Efectuat de: Geogold Carpatin Srl.

Serfőző Antal, Bagi István, Balázs Ilma

3

1

CCuupprriinnss 1 Introducere .......................................................................................................................3

2 Importanţa modelării numerice şi prezentarea softurilor aplicate .............................................5

2.1. Rolul modelării în executarea directivei cadru privind apa şi în proiectele de

gospodărirea a apelor în zonele de frontieră.......................................................................5

2.2. Prezentarea generală a softului aplicat în modelare.................................................8

2.3. Softuri aplicate pentru evaluările fundamentale......................................................10

3 Prezentarea celor două perimetre modelate în cadrul proiectului ............................................11

3.1 Perimetrul Pădurea Craiului ...................................................................................12

3.2 Perimetrul Băile Felix .............................................................................................13

4 Prezentarea datelor folosite în model..................................................................................15

5 Modelul hidrodinamic Pădurea Craiului .............................................................................16

5.1 Caracteristicile geografice, geiologice şi hidrogeologice a carstului din Pădurea

Craiului .............................................................................................................................16

5.1.1 Delimitarea modelului hidrodinamic Pădurea Craiului ...........................................16

5.1.2 Relief ...............................................................................................................17

5.1.3 Reţeaua hidrografică..........................................................................................18

5.1.4 Carstul Munţilor Piatra Craiului ...........................................................................19

5.1.5 Structura geologică............................................................................................20

5.1.6 Depozite carbonatice pe teritoriul Munţilor Pădurea Craiului .................................21

5.1.7 Clima şi scurgerile..............................................................................................22

5.1.8 Hidrogeologia zonelor carstice ............................................................................24

5.1.9 Marcări cu trasori ..............................................................................................26

5.1.10 Sistemului carstic hidrogeologic ..........................................................................27

5.2 Construcţia internă a modelului hidrodinamic.........................................................28

5.2.1 Divizia orizontală ...............................................................................................28

5.2.2 Divizia verticală .................................................................................................29

5.3 Parametrii input......................................................................................................31

5.3.1 Permeabilitatea.................................................................................................31

5.4 Condiţii de limită.....................................................................................................32

5.4.1 Reţeaua hidrografică..........................................................................................32

5.4.2 Noduri şi izvoare cu presiune fixă ........................................................................32

5.4.3 Infiltraţie ..........................................................................................................33

5.5 Rularea modelului –rezultatele modelării................................................................33

5.6 Interpretarea rezultatelor........................................................................................34

2

6 Descrierea modelului hidrodinamic Oradea–BăileFelix ........................................................38

6.1 Delimitarea modelului hidrodinamic Felix ...............................................................38

6.2 Caracteristicile geografice, geiologice şi hidrogeologice a carstului din arealul Băilor

Felix 39

6.2.1 Condiţii geomorfologice .....................................................................................39

6.2.2 Condiţii climatice...............................................................................................39

6.2.3 Structura geologică a perimetrului modelat..........................................................40

6.2.4 Hidrogeologia regiunii........................................................................................41

6.2.5 Extracţii de apă din perimetrul modelat ...............................................................43

6.3 Construcţia internă a modelului hidrodinamic.........................................................43

6.3.1 Divizia orizontală ...............................................................................................43

6.3.2 Divizia verticală .................................................................................................44

6.4 Parametrii input......................................................................................................45

6.4.1 Permeabilitatea.................................................................................................46

6.5 Condiţii de limită.....................................................................................................47

6.5.1 Reţeaua hidrografică..........................................................................................47

6.5.2 Noduri cu extracţie permanentă..........................................................................47

6.5.3 Infiltraţie ..........................................................................................................48

6.6 Rularea modelului –rezultatele modelării................................................................48

6.7 Interpretarea rezultatelor........................................................................................48

7 Modelul matematic de transport al poluanţilor.....................................................................52

7.1 Prefaţă ...................................................................................................................52

7.2 Prezentarea modelării matematice a transportului permanent subteran a diferiţilor

poluanţi.............................................................................................................................52

7.2.2 Condiţii limită considerate în caracterizarea mediului subteran ..............................54

7.3 Prezentarea rezultatelor modelului de transport .....................................................54

7.3.1 Variaţia concentraţiei de nitraţi într-o perioadă de 1 an în modelul Pădurea Craiului.54

7.3.2 Variaţia concentraţiei de nitraţi într-o perioadă de 10 ani în modelul Pădurea Craiului

58

3

1 Introducere

Conform ofertei tehnice, parte a contractului, în a II-a fază de cercetare a proiectului – Modelarea hidrodiamică a structurilor acvifere – s-a construit modelul hidrodinamic de tranzitare şi alimentare a corpurilor de apă separate de frontieră, din zona de proiect de pe teritoriul României (judeţl Bihor). Pentru modelarea unei zone de alimentare, s-a ales regiunea din partea de nord a Munţii Pădurea Craiului, şi în acelaşi timp pentru modelarea zonei de tranzitare s-a ales regiunea la sud de Oradea, zona Băile Felix şi Băile 1 Mai.

Modelarea hidrodinamică s-a axat în primul rând pe subiectul cercetării, cuprins din cunoaşterea detaliată a condiţiilor de curgere a corpurilor de apă transfrontaliere de vârstă pleistocenă şi panoniană, precum şi relaţia lor cu corpurile de ape carstice (din zonele de alimentare) învecinate. Cu ajutorul modellelor se pot demonstra/arăta/descrie

• circuitul natral al apelor subtreane din zona studiată, precum • Se poate prognostiza influenţa/efectul factorilor externi (antropogen/uman şi

natural) asupra rezervelor de apă şi dinamica acestora, cum ar fi: exploatările de apă, propagarea substanţelor poluante, cantitatea de precipitaţii, şi schimbarea acestor valori, etc.

• Modelarea permite de asemenea, examinarea relaţiei dintre apele de suprafaţă şi cele subterane. Cu ajutorul lui se poate determina cantitatea şi modul de reâncărcare a sistemelor.

• Pe baza datelor obţinute se pot delimita zonele mai mult, sa mai puţin vulnerabile pe un corp de apă.

• Se pot defini acele măsuri de precauţie, cu aplicarea cărora este posibil menţinerea durabilă a condiţiilor bune, actuale a unui corp de apă.

• În mod indirect ajută la prezentarea diferitelor posibilităţi în cazul unor proiectări şi pentru realizarea unui sistem operativ de prevenire.

În prima fază de modelare, am întocmit structura modelelor (model topografic, geologic), în a doua fază s-a realizat rularea şi calibrarea modelului. Pentru construirea modelului hidrodinamic, am folosit datele din măsurătorile geofizice, de izvoare şi puţuri de pe teren (revizuirile izvoarelor şi a puţurilor), precum şi datele din analiza factorilor dinamici. Pentru completare informaţiilor am luat în considerare, datele din cercetările geologice şi hidrogeologice anterioare, hărţile geologice şi hidrogeologice existente, precum şi datele publicate existente în literatura de specialitate.

Din cauza complexităţii terenului din punct de vedere a structurii geologice pe aria studiată, nu am planificat întocmirea unui model hidrodinamic 3D cu regim permanent, a cărui date de input se bazează pe date de monitorizare de o perioadă lungă. Din păcate, perioada prea scurtă a proiectului şi blocarea informaţiilor, datelor şi a posibilităţilor de a executa măsurători pe teren din partea autorităţilor apelor române, am fost nevoiţi să ca modelele să construim în regim permanent, ceea ce înseamnă că conform datelor de input, modelul prezintă o stare de moment şi nu un proces hidrodinamic.

4

Analizele de modele hidrodinamice, calculele liniilor de curgere şi a timpului de parcurgere, s-au făcut cu programul de modelare FeFlow v 6.0, pentru prelucrarea datelor şi analizarea rezultatelor am folosit softul ArcView 9.3.

5

2 Importanţa modelării numerice şi prezentarea softurilor aplicate

2.1. Rolul modelării în executarea directivei cadru privind apa şi în

proiectele de gospodărirea a apelor în zonele de frontieră

Pe ambele laturi a frontierelor, conform reglementărilor internaţionale şi directivei cadru a

apei din UE, gospodărirea ariilor de colectare a apei trebuie executată în aşa măsură, care duce la conservarea cantităţii şi calităţii a apelor în bune condiţii până în anul 2015. În cazul apelor subterane, conform reglementărilor în vigoare, obiectivul de mediu este ca proiectul de gospodărire a ariilor de colectare a apei să prevede proiectele care duc la atingerea calităţii şi cantităţii bune, precum şi menţinerea durabilă a acestor condiţii, aşadar şi dispoziţiile care previn, împiedică şi limitează degradarea calităţii, sau contaminarea apelor subterane. Reglementările în vigoare prevăd ca planurile de gospodărire a ariilor de colectare a apei, să se bazeze pe descrierea corpurilor de apă, evaluarea stării a corpurilor de apă şi impactul activităţilor umane asupra lor.

Modelarea hidrodinamică este un mijloc pentru prezentarea caracteristicilor unui copr

de apă întro formă uşor de înteles şi de persoanele care nu sunt specialişti în domeniu. Cu evaluarea hidrogeologică, pe lângă descriere, se pot analiza următoarele efecte:

• starea actuală a cantităţii şi calităţii corpurilor de apă, • starea iniţială a corpurilor de apă, • starea corpurilor de apă în viitor în cadrul proiectelor de gospodărirea a aplor conform întelegerii bilaterale dintre cele două ţări pe baza reglementărilor UE DCA.

În urma modelării numerice fenomenelor şi proceselor hidrogeologice, prin implicarea în model a imaginii (concepţia hidrogeologica) iniţiale, format despre perimetrul cercetat, putem analiza cum afectează sistemul în întregime schimbare unor componenţi. Înaintea întocmirii unui model avem nevoie de un concept iniţial, care caracterizează perimetrul cercetat în linii mari. Prin punerea in model a conceptului iniţial, putem verifica corectitudinea modelului, prin compararea rezultatelor obţinute cu conceptul format de noi. Este foarte important construirea unui model teoretic corect, altfel în cazul unui model teoretic incorect, indiferent de faptul că rezultatele calculelor coincid sau nu cu aceasta, fiecare concluzie o sa da eroare, datorită faptului, că şi concepţia iniţială nu era corectă. În construirea unui model, tendinţa nostră este ca procesele şi fenomenele aşteptate de modelul conceptual să fie descrise de modelul creat. Nu avem posibilitatea să descriem exact procesele complexe reale, decât la apropierea prin modelare a tendinţelor importante.În concluzie, în cazul modelări numerice, nu putem pretinde/aştepta la o precizie mai mare, decât ne permit exactitatea datelor de input la care avem acces pentru formarea modelului conceptual. În sistemul de formule cu care descriem sau aproximăm realitatea – din cauza că rezolvăm iterativ sau nu în mod exact o ecuaţie parţial diferecţiatlă parţială – trebuie să efectuăm un fel de discretizare, cu alte cuvinte încercăm să dăm parametrii pe anumite elemente de anumite mărimi a unui spaţiu, pe care dorim să analizăm. În realitate

6

corectitudinea (calibrarea) modelelelor hidrulice se face prin compararea unor valori măsurabile, caracteristice a nivelelor hidrostatice, obţinute din obiectivele de monitorizare din zona pe care se face modelarea şi valorile calculate de nivel hidrostatic date de model pe acelaşi punct.

În modelele numerice avem tendinţa să descriem cadrul geologic simplificat, din cauza că includerea în model cadrul geologic real şi complex este posibil numai cu aproximaţie. Caracteristicile modelului sunt, că în multe cazuri şi pentru zonele (ex. straturi de adâncime mare) pe care nu le putem cerceta în mod direct, sau nu avem date referitoare la, trebuie să producem un cămp parametric, şi cu combinaţia acestor parametri putem să facem calculele. Din cauza că în cele mai multe cazuri parametrii geologici nu se pot măsura, sau şi dacă avem date din măsurători, acestea nu sunt reprezentative pe întregul volum al modelului, de aceea pe baza unor consideraţii trebuie să estimăm anumiţi parametri.

Construirea modelului conceptual corespunzător este cea mai importantă parte a modelării. Cele mai importante concepţii de specialitate care servesc la baza modelării, sunt redate mai jos:

• Volumul apei la nivel global se poate lua constantă, ciclul apei globale formează un sistem hidrologic închis, dar în schim din punctul de vedere a unui teren ales facultativ sau opţional, circuitul apei se consideră un sistem deschis, a cărui sub-sisteme, apele subterane din punct de vedere cărora plantele, înmagazierea în meandru, suprafaţa, umiditatea solului, şi apele subterane funcţionează pe principiul sistemelor dinamice.

Balanţa apei a unei unităţi hidrografice complexe de suprafaţă sau subterană care se consideră deschisă şi neinfluenţată de exploatare de apă, se poate reda:

Input =Output±Înmagazinare Inputul reprezintă apa meteorică, şi curgerile de apă de suprafaţă sau subterană. Apa staţionează în sub-sistemele ţi în urma interacţiunii continue şi complexe acestora, cantitatea apelor de suprafaţă şi subterane înmagaziată în sistem se schimbă. Outputurile sistemului sunt date de evaporare fizică, evaporarea plantelor, scurgerile apelor de suprafaţă şi subterane. Rezervele hidrologice prezentate se referă pentru o anumită prioadă şi pentru un anmit volum. Pe baza celor enumerate mai sus, se deduce că dintr-un sistem pe termen lung nu se poate exploata o cantitate care depăşeşte cantitatea de alimentare fără să afecteze negativ, scăderea cantităţii rezervelor de apă.

• Calculele de rezervă sunt o aplicaţie matematică simplă dacă cunoaştem valorile de input şi output. Deobicei problema este dată de faptul că nu ştim, nu cunoaştem exact perimetrul, sistemul, unitatea hidrogeologică pe care trebuie să aplicăm calculele, deşi asta reprezintă baza gospodăririlor a rezervelor de apă. Agravează soluţia faptul că, gospodărirea rezervelor de apă este o întrebare nu numai ecologică, ci şi economică, în această măsură, de cele mai multe ori cantitatea rezervei de apă, trebuie determinat nu regional ci şi la nivelul puţurilor sau sondelor de producţie. Gospodărirea rezervelor de apă, niciodată nu se poate lega numai pe baze geologice în funcţie de rezervele de apă legată de tipuri de roci, de acea are un rol important rata de alimentare, precum şi mărimea şi caracteristicile bazinului hidrografic.

În schimb definirea bazinelor hidrografice subterane este o sarcină mai grea.

7

Mişcarea apei subterane direcţionată de gravitaţie, este modificată de elementele mediului hidrogeologic, de aceea sistemul de curgere a apei şi rezervele de apă a nei regiuni seconsideră unică. Mediul hidrogeologic este compus din următoarele trei componenţi principali: - Geometria spaţiului de curgere - Constituţia geologică a spaţiului de curgere - Condiţiile climatice

Efectul cel mai important a topografiei, este conform caracteristicile reliefului, datorită diferenţei faţă de înclinarea lineară se formează diferite sisteme de curgere. În general sistemele de curgere a apelor subterane pot fi de trei tipuri: - regional - intermediar - local De fiecare tip de sistem de curgere se asociază trei tipuri de regimuri de scurgere: alimentare, trazitare, descărcare. Un sistem: - se consideră regional, dacă bazinului de scurgere ţine de la cumpăna apei, până la aria de descărcare majoră – acestea sunt ţi din punct de vedere departe, unl faţă de celălalt – şi înglobează şi sisteme de scurgere intermediare şi locale cu hierarhie mai mică. - intermediar, dacă cele două capete a bazinului nu se coincid cu cumpăna majoră sau zona de descărcare majoră, şi conţin cel puţin un sistem local de scurgere. - se consideră local, dacă zonele de alimentarea şi descărcarea sunt învecinate, acestea nu sunt situate pe cumpăna majoră sau pe yona de descărcare majoră şi în la o anmită scară nu se mai pot diviza ăn unităţi mai mici. Într-un bazin, de la scara regională spre cea locală, adâncimea şi extinderea sistemelor scade în comparaţie unui cu celălalt (Fig. 1).

Fig. 1. Sistemele de curgere şi regimuri dintr-un bazin hidrografic (TÓTH, 1984 )

8

Harta de flux hidraulic în general este caracterizat de diferenţele topografice, datorită faptului ca acestea generează forţa de mişcare. De aceea în general bazinele hidrografice de suprafaţă şi subterane, la nivelul apei freatice se consideră identice. În schimb cadrul geologic, care constituie spaţiul de scurgere, din punct de vedere a heterogenităţii şi anizotropiei, ifluenţează în mod important harta de flux şi intensitatea de curgere a apelor subterane.

Cauzele geologice generale, pentru schimbarea permeabilităţii: înclinarea stratelor, îndinţarea stratelor, efilarea stratelor, prezenţa lentilelor şi a faliilor. Intesitatea curgerii şi harta de flux poate fi influenţat de următorii factori meteorologici: precipitaţii abundente, temperatura, întesitatea vântului.

În zonele cu precipitaţii ridicate şi evapotranspiraţie scăzută, nivelul hidrostatic este aproape de suprafaţă, aşadar curgerea este puternic influenţată de relief. În zonele aride, unde nivelul hidrostatic se află la câţiva zeci, sau sute de metrii în faţă de suprafaţă, nu se cunosc relaţii între relief şi reţeaua de scurgere.

• Cu ajutorul modelelor hidrogeologice, din zonele de descărcare naturală putem primi un răspuns şi despre necesitatea de apă a ecosistemelor care depind de apele subterane.

• Existenţa ecosistemelor, de uscat şi de ape de suprafaţă, depinde de calitatea şi de starea a corpurilor de apă subterană. Modelele realizate, permit ca, cu ajutotul calculării balanţei hidrologice, se poate analiza cantitatea de apă ajunsă la un ecosistem precum şi efectul acestui feomen în funcţie de diferite cazuri de exploatarea dintr-un corp de apă.

2.2. Prezentarea generală a softului aplicat în modelare

Pentru modelare, în ambele cazuri am folosit modelarea obiectelor carstice complexe cu softul dezvoltat de firma WASZ Ltd. FeFlow (Finite Element Subsurface Flow System) 6.0, care aplică metoda elementului finit.

Softul FeFlow este un program interactiv, cu modelare pe bază grafică, care permite prezentarea regimului de scurgere a apei subterane în două sau trei dimensiuni. Rezultatele se pot prezenta şi ca imagini de suprafaţă sau ca secţiune (orizontală, verticală sau dealungul unui ax). În timpul modelării, se poate lua în calcul stratul acvifer (sub presiune sau deschis) şi proprietăţile substanţei de contaminare, diferitele tipuri de regimuri de curgere (alimentare, tranziţie, descărcare).

În general cu metoda elementului finit (nu este obligatorie) zona de analiză se desparte pe prisme trigonale, din care o prismă are 6 noduri prin care se conectează cu elementele de lângă, de sub, deasupra lui. În timpul calculelor, parametrii de input, datele necesare pentru calcule se dau pe nodurile de conexiune, după rezolvarea ecuaţiei, definim parametri de analizat pentru aceste noduri. Avantajul metodei este că se poate urmării uşor perimetrul de analizat cu o constituţie variată.

Idea de bază a metodei elementului finit este teoria aproximării locale, cea ce inseamnă că câmpurile căutate dealungul unor elemente alese (nivel de presiune, viteza de infiltraţie, concentraţia substanţei poluante, distribuţia precipitaţiilor) se aproximează cu funcţii care conţin parametrii iniţial stabilite. După care, funcţiile locale alese pentru aproximare, se

9

potrivesc dealungul elementelor învecinate după principiul erorii, în aşa fel încât pe tot domeniul analizat, creăm un cămp de aproximare în ordine continuă corespunzătoare.

Softul FEFLOW are un modul care permite rezolvarea problemelor de simulare pentru curgere (curgerea lichidelor, fenomene de transport, simularea fluxului termic ataşat, curgeri induse de densitatea fluidelor).

Softul FEFLOW utilizează metode bi- şi tridimensionale de elemente finite prentru rezolvarea ecuaţiilor partial diferenţiale, care descriu procesele corelate reciproc: • dinamica curgerii apei subterane, care poate să depinde de densitatea fluidului, - procesele de transport concectiv şi conductiv a contaminaţiilor, care pot fi influenţate

adsorpţie, - dispersia hidrodinamică şi reacţiile chimice de de ordinul ântâi. - procesele de transport subteran formate din cauza schimbării de densitate, care pot fi în

relaţie datorită gradientului de temperatură sau natura substaţelor contaminante (termohalin, flux termic). (Este un modul separat petntru modelarea curenţilor formate din cauza schimbării de temperatură şi densitate).

Stabilirea parametrilor de pornire, poate să fie generală, aşadar se pot da diferite modele cu

geometrie după alegere. În conformitate cu acest fapt, programul permite manipularea condiţiilor amestecate/mixate (de exemplu interacţiunile apei de suprafaţă sau funcţionarea sondei de exploatare sau de pompare), precum şi manipularea suprafeţelor de delimitare a fluxului de densitate, cu aplicarea alternativă a ecuaţiei de bază (divergenţa ecuaţiilor de transport).

FEFLOW oferă posibilitatea de alegere pentru transportul de curgere, contaminare şi temperatură, care poate fi: - combinat şi separat, - nonlineară (legat de densitatea fluidelor) şi lineară, - simulaţie total tranzientă, de stare constantă şi semiconstantă

Distribuţia dimensională a schemelor trigonale şi quadrilaterale a elementelor finite de ordinul întăi şi de ordinul al doilea, poate fi creat de două tipuri de generatoare de grile multilaterale. Pentru rezolvarea problemelor tranziente în simulare este inclus şi o schemă de pas de timp de ordinul al doilea. Sunt două alternative majore: la una cu scheme de pas de timp fixate (bine definite) total implicit, sau se execută o schemă de integrare a timpului Crank-Nicholson de ordinul superior; în cazul celălalt FELOW aplică o metodă de pas de timp predictor-corector, care permite verificarea automatică şi rapidă a proceselor de rezolvare tranzientă.

FEFLOW conţine mai multe tipuri de instrumente tridimensionale grafice pentru analiza vizuală a datelor din modelul cvadrimensional spaţiu şi timp. Instrumentele tridimensionale garfice sunt următoarele:funcţionare tridimensionale viziometrică, prezentare volumetrică şi de suprafaţă, rotaţie în jurul unui ax, transalţie, umbrire, cursor tridimensional, secţiuni preferenţiale, prezentarea limitelor, desenarea suprafeţelor izo, includerea hărţilor, prezentarea direcţiilor de scurgere, alegerea vectorilor de scurgere şi selecţionarea izocroanelor.

În funcţie de natura proceselor simulate şi heterogenitatea mediului acvifer, operatorul poate să-şi aleagă liber tipul de rezolvare a sistemelor de ecuaţii, în funcţie de programul sugerează rezolvare directă sau iterară. La alegerea metodei de rezolvare, cunoaşterea

10

ecuaţiilor care descriu procesele, structurii geologice a mediului acvifer şi proprietăţile numerice a ecuaţiilor, constituie un rol foarte important.

Ajută foarte mult la inputul de date, iterpretarea şi prezentarea rezultatelor, dacă softul este în legătură directă cu bazele de date de GIS de tip Arcview/Arcinfo, dar comunică şi cu alte softvere prin diferitele tipuri de fiţiere răspândite larg. (DXF, TIFF, ASCII).

Există posibilitatea la georeferenţierea, rectificarea şi încărcarea imaginilor raster, cu aplicaţia unui program independent (FEMAP). Prezentarea grafică a datelor, documentarea lor se poate face şi independet cu ajutorul unui program (FEPLOT).

2.3. Softuri aplicate pentru evaluările fundamentale

În afara analizelor numerice, pentru întocmirea bazei de date, în analiza condiţiilor topografice digitale şi modelelor de scurgere, am aplicat softul ArcView 9.1, care permite crearea, importarea, construcţia, analiza, cartografierea şi publicarea informaţiilor geografice,

Programul ArcView 9.1 este un lanţ de aplicaţii conectate, care ciprinde pe lângă multe altel următoarele: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, 3D Analyst. Prin folosirea în mod corespunzător a acestor aplicaţii, putem rezolva şi probleme de GIS ca şi cartografiere, analize geografice, structurarea şi întocmirea datelor, gestiunea datelor, prezentare şi georeferenţiere.

Opţiunea ArcMap este aplicaţia centrală a softului ArcView, cu care se pot rezolva toate probleme cu bază de cartografiere. Oferă două modalităţi de vizualizare a hărtilor: vizualizarea datelor geografice, sau vizualizarea imagini de tipărire. În viualizarea datelor topografice, stratele geografice se pot simboliza, putem face analize pe ele şi putem restructura în sisteme de date de GIS. În cazul vizualizării în imaginea de tipărire, pe paginile de hărţi, pe lângă datele nostre apar şi elemente topografice cum sunt: scara, legendă, direcţia de nord.

Cu ajutorul aplicaţiei ArcCatalog, putem structura şi gestiona orice dată GIS, de exemplu hărţi, globe-uri, grupuri de date, modele, metadate şi servicii. Aplicaţia ArcToolbox conţine spectrul larg a mijloacelor de geoprocesare cum sunt: gestionarea datelor, coversie de date, analiză de vectori, analize statistice. Geoprocesarea conţine producerea unor date noi din informaţiile rezultate din analiza datelor existente de GIS. Se poate aplica în timpul rezolvării multor probleme de GIS, cum ar fi analiza datelor învecinate, coversie de date, operaţii de sumarizare a datelor, analize cantitative şi calitative, analize de date. Extensiunea ArcGis 3D este o prezentare tridimensională eficientă, asigură şi mijloace de analiză şi generator de suprafeţe pentru operator: construirea unui model de suprafaţă din multe formate de date, crearea vizualizărilor tridimensionale direct din datele de GIS, arie, volum, înclinare, expunere şi calcularea suprafeţei de umbrire a unui relief .

11

3 Prezentarea celor două perimetre modelate în cadrul proiectului Obiectivul proiectului, perimetrul model din România, reprezintă cele 4 corpuri de apă

poroasă delimitate (ROCR01, ROCR06, ROCR07, ROCR08) precum şi corpurile de apă carstică învecinate(ROCR02 ) (Fig. 2).

La alegerea perimetrului model s-a ţinut cont ca să fie modelate acele părţi a corpurilor de apă extinse şi poroase, care unde se poate preciza diferitele tipuri de regim de curgere, precum şi în zonele unde deja am definit relaţia dintre corpurile de apă aflate în adâncimi variate şi relaţia lor cu terenurile carstice de alimentare învecinate.

Fig. 2.: Corpurile de apă analizate conform DCA, precum cele dou perimetre pilot modelate în urma

proiectului

Corpurile de apă subterană studiate au fost delimitate din bazinul hidrografic a Crişurilor. Corpul de apă RO CR01 de adâncime mică, evoluată în sedimente cuaternare poroase,

limitele lui coincid cu albiile râurilor Ier, Barcău, Crişurile Repede, -Negru, -Alb. Suprafaţa

12

totală este de 8787 km2, din care 6700 km2 este pe teritoriul României. Aceasta reprezintă coperişul corpurilor de apă aflate la adâncimi medii.

Corpurile de apă subterană de adâncime medie ROCR06 Valea lui Mihai şi ROCR07 Crişuri sunt cantonate în depozite preponderent aluvionar-fluviatile, poros-permeabile de vârstă cuaternar inferioară (pleistocen), şi se dezvoltă la adâncimi cuprinse între 30-150 m. Corpul de apă ROCR06 este limitat la S de râul Barcău, la V de graniţa româno-ungară, la E de zona piemontană, la N depăşeşte perimetrul cercetat, continuând până la Someş). Suprafaţa totală este de 5373 km2, din care 2292 km2 se află în România.

Corpul de apă ROCR07 este limitat la N de râul Barcău, la V de graniţa româno-ungară, la E zona piemontană, la S depăşeşte perimetrul cercetat, continuând până la Mureş. Suprafaţa totală este de 4288 km2, din care 3414 km2 se află în România. Corpul de apă subterană ROCR08 Arad-Oradea-Satu Mare de mare adâncime este cantonat în depozite poros-permeabile, aluvionare lacustre, de vârstă panoniană, situate în zona de câmpie piemontană, acoperind aproape întregul perimetru de cercetat din România. Este în conexiune continuă de-a lungul straturilor cu primele două corpuri de apă. Adâncimile la care este găsit acoperişul acestui corp este în general de 150 m în zona de câmpie şi se micşorează spre rama piemontană, unde depozitele panoniene aflorează. Corpul de apă subterană ROCR02 Zece Hotare, M-ţii Pădurea Craiului este cantonat în depozite triasice, jurasice şi cretacice, reprezentate prin calcare şi dolomite intens fracturate şi carstificate. Suprafaţa totală a zonei carstice este de circa 452 km2.

La delimitarea perimetrelor de modelare, criteriul prioritar era ca perimetrele să aibă limite naturale, un bazin hidrografic subteran cu o circulaţie unitară, cu care rezervele de apă a unei regiuni se pot descrie cu o precizie satisfăcătore.

3.1 Perimetrul Pădurea Craiului

Pe corpul de apă carstică ROCR02 perimetrul modelat a fost delimitat în partea de N în M-ţii Pădurea Craiului pe baza cunoştinţelor a condiţiilor hidrologice şi hidrogeologice. Marea majoritate coincide cu limitele bazinelor hidrografice, la N Crişul Repede, la V delimitează marginea platoului carstic Zgleamânu dealungul văii Vârciorog, la S în mare urmăreşte limita bazinului hidrografic a Crişului Negru, dar din cauza că am luat în considerare relaţia şi cu corpuri de apă poroase extinse mult în regiunile carstice, limita a fot modificată mai la S: la limita bazinelor hidrografice a văilor Poieni, Vida, care atingând satele Tomnatec şi Zece Hotare ajunge la valea care întretaie satul Damiş. Limita de E a perimetrului se extinde între Damiş şi Bratca pe valea Brătcuţa. Suprafaţa totală a perimetrului modelat este 235 km2.

În mijlocul analizelor în primul rând am ales relaţia condiţiilor de curgere a zonelor carstice, aşadar relaţia corpurilor de apă poros-permeabile sus menţinute cu zonele carstice de alimentare.

13

Coordonatele a colţurilor poligonului care delimitează perimetrul de model din Pădurea Craiului, sunt date în sistemul STEREO270 în tabelul 1.

Nr. X Y 1 295690 622148 2 309190 618840 3 311901 613744 4 317214 605937 5 311576 597750 6 292979 612822

Tabel. 1. Coordonatele a colţurilor poligonului care delimitează perimetrul model

3.2 Perimetrul Băile Felix

În domeniul corpurilor de apă poros-permeabile, perimetru model tehnic cvadrilateral

delimitat de patru puncte se găseşte la S de Oradea, în zona Băilor Felix şi 1 Mai. Dintre toate zonele cercetate, această porţiune reprezintă cel mai bine trecerea de la zona de câmpie la cea de piemont, aşadar din punct de vedere hidrogeologic aici se pot studia foarte bine caracteristicile diferitelor tipuri de regim, zonele de alimentare şi de tranzitare. Acest perimetru cuprinde şi zonele de contact a corpurilor de apă, ROCR08, ROCR02: o porţiune din paraautohtonul Biharia (Pădurea Craiului) ajunge aproape de suprafaţă în zona Băile Felix , pe care se găseşte acoperişul post-tectonic, cuverturile sedimentare panoniene. Depozitele neogene în zonă sunt efilate.

Limita nordică a perimetrului model este Crişul Repede, de aici mai departe pe latura de V trece prin localităţile Girişu de Criş–Gepiu–Ianoşda, apoi la sud pe o porţiune urmăreşte Valea Şesului şi Valea Gepişului până la comuna Gepiş. Limita din E urmăreşte valea râului Topa până în zone de izvorâre (Dealurile Taşad), mai departe dincolo de cumpăna apelor până la localitatea Tileagd de-a lungul văilor care duc spre Criş. Suprafaţa perimetrului este de 896 km2. Coordonatele colturilor perimetrului tehnic de modelare sunt redate în sistemul STEREO270 în tabelul 2.

X Y minim 255753 596954 maxim 288617 625092

Tabelul 2. Coordonatele a colţurilor poligonului care delimitează perimetrul model

Constituţia hidrogeologică determină metoda cu care corpurile de apă trebuie modelate.

De-a lungul prezentei munci, perimetrele modelate, din punct de vedere pot fi împărţite în

14

două grupuri: regim poros-permeabile şi de acvifer de apă fisurală interconectată, precum acvifer de apă carstică.

15

4 Prezentarea datelor folosite în model

Sursa datelor input de bază necesare pentru modelare erau din măsurători executate de noi, precum preluate şi din rezultatele cerecetărilor anterioare:

– Măsurători geofizice (măsurătorile VESZ făcute de noi, au servit la precizarea delimitării verticale a modelelor)

– Datele puţurilor, datele de producţie, datele de nivel hidrostatic de calibrare (parţial din documentaţia oferită de Apele Române şi Tiszántúli Vízügyi és Környezetvédelmi Igazgatóság, parţial rezultatele din revizia de puţuri)

– poziţia râurilor, datele nivologice a râurilor (datele publice a staţiilor meteorologice oficiale)

– date de precipitaţii (din documentaţia oferită de Apele Române) – parametrii hidraulice de scurgere (datele rezultate din analizele de vopsire a apelor,

precum şi datele publicate) – poziţia izvoarelor, datele de debit (măsurători proprii)

Baza de hărţi folosite la modelare ne-a pus la dispoziţie Universitatea Babeş-Bolyai di Cluj

Napoca, o parte din publicaţiile recente au fost cumpărate: – Harta topografică, digitizată a României la scara 1:100 000 és 1:50 000, harta

geologică a României la scara 1:200 000, şi harta geologică a perimetrului cercetat la scara 1:50 000

– Harta hidrogeologică a M-ţilor Pădurea Craiului (Oraseanu I, Iurkiewicz A, 2010) – datele digitale de relief create de noi X, Y STEREO270, Z: în sistemul nivelul mării

Baltice. – hidrografie, reţea de fisuraţie, bazine hidrografice, localităţi în stoc shape

– distribuţia de suprafaţă a unităţilor de fomaţiuni geologice şi hidrostratigrafice în stoc shape

16

5 Modelul hidrodinamic Pădurea Craiului

5.1 Caracteristicile geografice, geiologice şi hidrogeologice a carstului din Pădurea Craiului

5.1.1 Delimitarea modelului hidrodinamic Pădurea Craiului

Perimetrul modelat a fost delimitat în partea de N în M-ţii Pădurea Craiului pe baza cunoştinţelor a condiţiilor hidrologice şi hidrogeologice. Marea majoritate coincide cu limitele bazinelor hidrografice, la N Crişul Repede, la V delimitează marginea platoului carstic Zgleamânu dealungul văii Vârciorog, la S în mare urmăreşte limita bazinului hidrografic a Crişului Negru, dar din cauza că am luat în considerare relaţia şi cu corpuri de apă poroase extinse mult în regiunile carstice, limita a fot modificată mai la S: la limita bazinelor hidrografice a văilor Poieni, Vida, care atingând satele Tomnatec şi Zece Hotare ajunge la valea care întretaie satul Damiş. Limita de E a perimetrului se extinde între Damiş şi Bratca pe valea Brătcuţa. Suprafaţa totală a perimetrului modelat este 235 km2.

În mijlocul analizelor în primul rând am ales relaţia condiţiilor de curgere a zonelor carstice, precum relaţia corpurilor de apă poros-permeabile sus menţinute cu zonele carstice de alimentare.

Figura 3. Limita perimetrului modelat în M-ţii Pădurea Craiului

17

5.1.2 Relief

Munţii Pădurea Craiului este localizată în partea nord vestică a Munţilor Apuseni,

prezentându-se sub forma unei fâşii care se întinde până la Municipiul Oradea. Zona muntoasă este mărginită dinspre nord de depresiunile neogen a Borodului (valea Crişului Repede), iar dinspre sud de depresiunea Beiuşului (valea Crişului Negru). Aceste limite sunt bine definite ca şi forme de relief. Limita estică a munţilor spre est nu este atât de bine evidenţiată, unde Munţii Pădurea Craiului sunt delimitate de Munţii Vlădeasa doar de un şanţ tectonic îngust adică de valea Iadului. Limita vestică spre câmpia panonică sunt reprezentate de dealurile Tăşad.

Munţii Pădurea Craiului este o unitate bine cercetată geologic, acesta fiind împărţită în două unităţi morfologice majore prin aliniamentul Vârciorog –Dobreşti. Zona carstică a aflorează la suprafaţă în partea estică a munţilor suprafaţa ocupată fiind 330 km2 ( din cei 670 km2 cât este suprafaţa totală a Munţilor Pădurea Craiului).

Constituţia geologică aparte a munţilor participă numeroase tipuri de roci forte variate, ceea ce a generat o constituţie de tip mozaicată. Cauzele acestei constituţii o reprezintă fenomenele tectonice care au afectat zona generând un relief morfologic haotic. În constituţia aparte a munţilor participă între altele gresii, conglomerate, cât şi roci eruptive pe lângă calcarele care sunt localizate în zonele de depresiuni. În zonele de platouri ridicate sunt ocupate de platouri carstice cu avene şi ponoare.

Panta generală a reliefului este de SE-NV, doar într-o parte a munţilor poate fi definită creasta principală, care este localizat între Hodrânguşa, Măgura Dosului şi Rujeţ. Totodată platourile carstice largi cu cote ridicate sunt împărţite de mai multe culmi izolate. Această constituţie geologică brută poate fi explicată prin constituţia litologică a soclului, sau prin văile adâncite de apele de suprafaţă. Crestele secundare, care au o direcţionare NE-SV, coincid cu direcţiile limitelor a elementele structurale geologice. Creasta (Dealul Leşului, dealul Boţii şi culmea Preluca) este o creastă importantă, care este mărginită la SE de depresiunea Acre şi zona Remeţi, iar la NV platourile carstice Chicera-Arsuri şi Ponoare. Spre vest urmează nişte depresiuni carstice cum ar fi Damiş, Ponoraş, şi Cărmazan, separate între ele de o culme necarstică, urmându-se o schimbare bruscă în relief prin platourile carstice foarte largi cum sunt cele din Zece Hotare, Zgleămanu, şi Igreţ care se continuă până la limita nord-vestică a munţilor.

Relieful perimetrului modelat este prezentat în figura 3, ce afost generată cu ajutorul modulului 3D Analyst din softul ARCGIS 9.1. (Fgura 4.)

18

Figura 4.: Relieful perimetrului modelat în M-ţii Pădurea Craiului

5.1.3 Reţeaua hidrografică

Receptorii major a apelor de suprafaţă din Munţii Pădurea Craiului sunt Crişul Repede

şi Crişul Negru, a căror bazine hidrografice formează limite clar definite în partea SE a munţilor. În partea NV, în ciuda faptului că această zonă este un platou carstic, aceste limite ale bazinelor nu sunt evidente deoarece cursurile de suprafaţă nu au o direcţie dominantă.

Reţeaua hidrografică din Munţii Pădurea Craiului este foarte greu cartabil deoarece pe suprafaţa carstică bine dezvoltată marea parte a cursurilor de suprafaţă devin cursuri subterane. Văile cele mai importante sunt valea Iad şi Brătcuţa care sunt afluenţii a râului Crişul repede, iar văile Lazuri, Sohodol, Meziad şi Strâmturi sunt afluenţii râului Crişul Negru.

Delimitarea zonelor carstice este posibil în cazul în care cunoaştem cursurile de ape de suprafaţă, respectiv izvoarele importante din zonă. În valea Crişului Repede de exemplu pârâul Luncilor (din partea superioară a văii Mişid) temporar captează apele din izvorul Brătcani. În cazul pârâului Mniera (în zona Cornet) doar parţial drenează apele din izvoarele Moara Jurjii. fenomene asemănătoare pot fi observate la alte pârâuri colectoare (în zonele de alimentare), pârâurile ajungând în final în nişte văi cum ar fi Poiana, şi Peştiş, ambele fiind afluenţi a râului Topa, care la rândul lui este afluent a Crişului Negru. Apele infiltrate din această zonă apare ca izvor la Aştileu, care este afluent a râului Crişul Repede. Acesta poate fi cauza pentru care nu există legătură hidraulică între cele două bazine hidrografice, deoarece

19

atât limitele cât şi localizarea apelor de suprafaţă respectiv subterană este diferită. Situaţie asemănătore (dar la o scară mai mică) găsim în cazul bazinului superior a pârâului Şoimuşul Drept, şi în cazul pârâului Vida, unde în zona de scurgere apar alimentări din surse ape subterane.

5.1.4 Carstul Munţilor Piatra Craiului

Pe suprafaţa Munţilor Pietre Craiului apar cele mai mult formaţiuni carstice de suprafaţă din România. Pe suprafaţa munţilor apar în totalitate 680 de peşteri pe baza inventarierii din 1981 (Goran, 1982). Actual este cunoscut 32 de peşteri cu galerii mai lungi de 1 km, dar totodată aici este localizată peştera cea mai lungă din Europa Centrală adică Peştera Vântului cu o lungime totală de 45,3 km, totodată Peştera Ciur-Ponor, care are o lungime de 17,1 km, şi avenul Stanu Foncii cu o adâncime de 339 m.

Datele morfologice şi cele hidrologice ale peşterilor (însumând un număr de 260 peşteri) (Rusu, 1988), se constatat că lungimea galeriilor de peşteri este de 297,75 m/km2, dintre care 62,3% sunt galerii fosile, iar 32,32% sunt intermitent active şi numai 5,38% sunt active din punct de vedere hidrologic. Distribuţia peşterilor au o corelaţie cu vârsta formaţiunilor observate la deschiderile acestora, astfel, conform Rusu, 52,3% sa format în calcare jurasice, 28,46% în calcare eocretacice, iar 18,46% sa format în calcare, respectiv dolomite triasice.

Evoluţia carstică observată în Munţii Pădurea Craiului, poate fi observat şi în cadrul platformei carbonatice din Munţii Bihor, din perioada triasic superior până la sfârşitul jurasicului, dar cel mai dezvoltat în perioadele mai recente începând din paleogen. Se poate constata că perioada de formare a formaţiunilor carstice sa petrecut în primele două faze (deşi acest argument fiind controversat), şi numai în zonele unde formaţiunile acoperitoare nu au fost îndepărtate de eroziune. Rocile afectate în prima etapă sunt calcarele respectiv dolomitele anisiene şi ladiniene, şi din această cauză aceste zone au fost acoperite de depozite detritice în perioada transgresivă jurasice. Acest aspect este bine cunoscut în zona Şuncuiuş datorită mineritului, şi mai ales datorită cercetărilor efectuate pentru acest scop (sa exploatat argile refractare). În partea superioară a succesiunii exist un strat argilos, care poate fi legată de transgresiunea amintită.

În faza a două sa realizat etapa a doua de evoluţie a carstului care este mai bine descifrată datorită faptului că concomitent sau format şi depozitele de bauxită din zonă. Mineritul prin exploatarea bauxitei a decopertat suprafaţa de eroziune paleocarstică, astfel a scos la iveală numeroase goluri, galerii şi suprafeţe cu lapiezuri carstice. Aceste suprafeţe paleocarstice pot fi urmărite de la Cornet până la Răcaş, şi în apropiere de izvorul Roşia. Această zonă este acoperită cu numeroase nivele bauxitice, faptul acesta fiind scoase la iveală de forajele de recunoaştere. Pe baza acestor date au fost realizate hărţi paleotopografice până în la sfârşitul perioadei jurasice.

Majoritatea formelor carstice din zona studiată a rămas acoperită, calcarele şi dolomitele existente în zonă sau format în a etapa a treia etapă de evoluţie, care durează din

20

pleistocen până in zilele noastre. În faza a treia condiţiile climatice şi hidro-meteorologice au facilitat dezvoltarea fenomenelor, implicit a formelor carstice

Geneza formaţiunilor carstice existente în Munţii Pădurea Craiului este strâns legată de evoluţia paleotopografică a Munţilor Apuseni. Este o strânsă legătură între dezvoltarea peşterilor, nivelurile de eroziune observată şi cursurile apelor de suprafaţă (Iurkiewicz, & Mitrofan, 1984).

5.1.5 Structura geologică

Munţii Pădurea Craiului din punct de vedere a evoluţiei (geologice) aparţine în mare parte de Paraautohtonul de Bihor. Partea sud, sud-estică este afectată de sistemul pânzelor de şariaj Codru (pânza Vălani, Ferice şi Arieşeni), respectiv de vulcanitele banatitice a masivului Băneasa dar care au o răspândire destul de limitată. Formaţiunile depozitelor sedimentare în cadrul Paraautohtonului de Bihor formează o structură majoră monoclinală, unde soclul cristalin eflorează la suprafaţă în parte estică, şi sud-estică. Spre nord şi spre vest aflorează la suprafaţă depozite din ce în ce mai tinere până la formaţiunile cretacicului superioare care pot fi urmărite până la izvoarele termale din zona 1 Mai. Spre nord est, şi sud vest structura geologică a Munţilor Pădurea Craiului coboară li dispare sub cuvertura neogenă a bazinelor Borod respectiv Beiuş.

Figura. 5.: Structura schematică a Paraautohtonului de Bihor

Legendă:Pm – permian, Tr-triasic, J-jurasic, K-cretacic, T-terţiar

Formaţiunile de cuvertură sedimentară a paraautohtonului se aseamănă cu structura tectonică de tip german, prin slab cutate şi împărţită în structuri cu falii aproape verticale. Această structură este împărţită în mai multe zone distincte prin afundare structurii în trepte spre partea vestică a munţilor (V. Ianovic et al., 1976). Trei serii carbonatice pot fi urmărite în zona studiată prezentată mai jos în capitolul: Depozite carbonatice pe teritoriul Munţilor Pădurea Craiului. Suprafaţa ocupată de depozite carbonatice pe teritoriul paraautohtonului de Bihor este de 304 km2, dintre care o suprafaţă de 29 km2 se află în grabenul de la Remeţi. După această fază a urmat distrofismul meditarenean, în urma căruia sa format structurile de şariaj a pânzelor Codru. În urma aceste faze în perioada senoniană sau format depozitele detritice pe teritoriul Munţilor Piatra Craiului. Structura care nu a fost afectată de eroziune poate fi urmărită doar în câteva aflorimente cum ar fi bazinul Roşia, în grabenul Remeţi. şi în câteva locaţii izolate.

21

5.1.6 Depozite carbonatice pe teritoriul Munţilor Pădurea Craiului

Din punct de vedere litologic Munţii Piatra Craiului este o zonă cu alcătuire eterogenă,

fiind formată prin structuri şi evenimente tectonice complexe, astfel sa format o zonă complexă şi din punct de vedere hidrologic. Poate fi observată pe harta hidrogeologică a realizată mai înainte (Orăşeanu I., Iurkiewicz A., 2010, fig. 6.) că caracterul hidrologic a zonei este definită de constituţia litologia şi structurală a munţilor.

Figura 6.: Harta hidrogeologică a Munţii Pădurea Craiului

(Orăşeanu I., Iurkiewicz A., 2010)

Cercetările de până acum au fost bazate preponderent pe observaţiile din teren (in situ), astfel în urma cartării formaţiunilor geologice au fost definite următoarele unităţi hidrologice: • Mezozoice (calcare şi dolomite sedimentare) şi paleozoice (calcare şi dolomite cristaline).

Serie carbonatică, puternic fisurată şi carstificată, cu caracteristic de infiltraţii ridicate, cu porozitate caracteristică de „galerii“, cu curgere subterană intensivă. Sisteme carstice dezvoltate, alcătuite din două componente. Rezerve importante de apă subterană în sistemele carstice. (marcate cu culoarea galbenă pe hartă).

• Depozite de tip molasă (gresii, conglomerate, şi subordonat şisturi) cu porozitate dublă. Apele subterane în general sunt acoperite (sub presiune), cantonate în zonele de falii şi la

22

conexiunile dintre elementele stratigrafice, respectiv subordonat în zona intergranulară. În cazul în care aceste depozite sunt groase formează o barieră impermeabilă pentru apele carstice (de fapt sunt nişte acvifere) şi funcţionează ca nişte roci de închidere, soclu. Aceste roci sunt: a-molasă permo-mezozoică; b-cretacic superior şi depozite miocene transgresive.

• Granite paleozoice, şi riolite, ofiolite mezozoice, intruziuni laramice, şi vulcanite, roci vulcanice neogene şi roci metamorfice cu reţele importante de fisuri, şi zone cu eroziuni bine dezvoltate, care asigură alimentarea râurilor şi a sistemelor carstice de două componente (pe hartă marcate cu culoarea roză).

• Depozite panoniene şi cuaternare; marne, şisturi, nisipuri, pietrişuri, Pleistocene, şi Holocene, care asigură alimentare intermitentă cu apă spre acviferele cu porozitate ridicată (marcate cu culoarea albastră pe hartă).

• Depozite marnoase şi argiloase în care nu apar curgeri subterane, respectiv depozite de tip fliş, alcătuite din diferite roci (cum ar fi marne, şisturi, gresii, calcare), care au o permeabilitate total diferită, această ultimă grupă realizează alimentare de ape subterane intermitente spre acvifere cu porozitate mai ridicată (marcate cu culoarea brună).

5.1.7 Clima şi scurgerile

Pe baza datelor înregistrate de către reţeaua de staţii cantitatea de precipitaţii medie

anuală are o tendinţă crescătoare de la vest spre est, valoarea acestuia situându-se între 800 şi 1500 mm/(multi)anual. Distribuţia precipitaţiilor medii anuale înregistrate în perioda 1961-2009, sunt reprezentate în figura 7.

23

Fig. 7.: Distribuţia precipitaţiilor în zona hidrografică Crişuri în perioada 1961-2009

Distribuţia temperaturilor însă are o tendinţă crescătoare dinspre est spre vest.

Valoarea temperaturii medii anuale în cicluri de mai multe ani are o valoare situată între 4 şi 8°C, în ianuarie media este de -3 şi -6°C, iar în junie între 14 şi 18°C (GRIGORE, IN POSEA ET

AL., 1982). Evapo-traspiraţie creşte de la est spre vest. Pe baza datelor înregistrate în anul

hidrologic 1982. X. şi 1983. IX., în zona Zece Hotare este de 540,4 mm, cât în zona localităţii Oradea este de 695,8 mm valoarea medie anuală a evapo-transpiraţiei.

Măsurătoarele hidrometrice s-au realizat în 5 bazine situate la altitudini diferite, în zone necarstice astfel încât să fie identificabilă valoarea medie a scurgerilor de suprafaţă, în funcţie de valoarea q, şi efectele diferenţelor de altitudine. Rezultatele sunt bine corelabile între ele, astfel valoarea gradientului scurgerii de suprafaţă este 3,3 l/sec/km2, la fie care 100 m diferenţă de nivel.

Cercetând reţeaua hidrografică de suprafaţă se distinge o suprafaţă de 224 km2 unde scurgerile se realizează subteran din suprafaţa totală a masivului muntos. (Figura 8.). Pe această suprafaţă cantitatea de apă de precipitaţii ajunse la suprafaţă fie stagnează, fie se evaporă fie se infiltrează prin reţelele de fisuri şi se descarcă prin izvoare în zona perimetrală a munţilor.

Pe platourile carstice largi nu există cursuri de apă de suprafaţă care să fie legate de celelalte, dar sunt cursuri de suprafaţă pe o anumită lungime care prin procesele de captare

24

carstică sunt strâns legate de sistemul hidrologic subteran, ceea ce separă de fenomenele carstice subterane. Un exemplu tipic este valea pârâului Mniera.

Lângă zonele de scurgere, parametrul cel mai important în distribuţia scurgerilor de suprafaţă este suprafaţa difflunetă, astfel o parte din apele de suprafaţă se infiltrează , o altă parte în mod constant sau periodic continuă să curgă spre direcţia bazinelor (I ORĂŞEANU, A. IURKIEWICZ, 1982, I. ORĂŞEANU, 1985). (Suprafaţă diffluentă: o suprafaţă definită a curgerii unde curgerea apei este divergentă în direcţii opuse).

Suprafeţe diffluente sunt aproximativ 107 km2 pe suprafaţa Munţilor Piatra Craiului. Calcularea capacităţii de stocare a apelor subterane este forte complicată. Suprafeţele cele mai mari în cadrul Munţilor Piatra Craiului sunt în zona pârâului Topa la unirea cu pârâul Măgura, suprafeţele însumând 66 km2. Din valoarea precipitaţiilor efective de pe suprafaţa aceasta se poate calcula valoarea infiltraţiilor 11,0 l/s/km2 (478 l/sec în anul hidrologic 1982. X. - 1983. IX.), respectiv valoarea scurgerilor -4,4 l/s/km2. Facilitate de o falie minoră apele din precipitaţii de pe această suprafaţă aproape integral se infiltrează, şi apar în apele din izvoarele din zona Aştileu. Aceste conexiuni sunt confirmate şi de analize cu substanţe colorante. Majoritatea apele din infiltraţii intră într-un sistem de curgeri în direcţie vestică şi apar în apele termale din zona 1 Mai (I. ORĂŞEANU, 1991).

Valea Mniera este un curs de apă la suprafaţă constantă care are un bazin hidrografic cu cotele cele mai ridicate în cadrul platourilor carstice din zonă. Lungime a cursului este de 15,5 km, şi are un bazin hidrografic de 17,5 km2. Pe cursul pârâului Mniera, având o direcţie iniţială spre bazinul Beiuşului, evenimentul hidrologic major este captarea cursului în peştera Şaua Gurguiatu–Potriva, de unde apele curg subteran spre direcţia bazinului Borod.

Analizele cu substanţe colorante metodele de colorare indică o infiltraţie importantă în zona Cornet, care are conexiune cu izvorul Moara Jurii. Suprafaţa diffluentă prezintă o zonă cu curenţi ascendenţi în jurul localităţii Călăţea pe o suprafaţă de 13 km2. În perioade secetoase cursurile din zona Călăţea nu sunt active.

5.1.8 Hidrogeologia zonelor carstice

În funcţie de mărimea zonelor carstice, acumularea apelor carstice în munţii Pădurea

Craiului este în oarecare măsură periodică şi în cantităţi variabile. În general toată suprafaţa este un complex de rezervoar subteran major, apa fiind stocată în cele 3 complexe carbonatice amintite, dar care prin intercalarea formaţiunilor impermeabil (gresie cuarţos jurasic inferior şi marnele de Ecleja) sunt separate între ele. Soclul complexului rezervoarului subteran este constituit din rocile detritice permo-verfeniene. Aflorimentele din partea vestică a Munţilor Pădurea Craiului, respectiv zonele vestice cu adâncimi cu ce în ce mai mari formează un sistem comun. Sistemul din adâncime deşi nu este un sistem unitar, conţine numeroase elemente tectonice verticale, respectiv de falii inverse dar cu diferenţe relativ mici astfel rocile impermeabile nu ajung până la suprafaţa terenului. Apele acumulate în depozitele carbonatice sunt descărcate prin diferite izvoare. Debitul şi caracterele hidrologice ale izvoarelor este prezentată de Tabelul 3.

25

În zona muntoasă numeroase izvoare sunt denumite de localnici „izbuc”, alimentarea acestora se realizează prin sistemul carstic dublu. Pe altă parte au un aport în debitul acestora şi apele meteorice şi scurgerile de pe zonele necarstificate (Aştileu, Brătcani, Moara Jurii etc.). Izvoarele care sunt alimentate în exclusivitate din ape meteorice difuze infiltrate sunt rare şi cu debite destul de reduse (Poiana Damiş, Fântâna lui Onuţ, Pişniţa etc.). Alimentarea fie căruia dintre izvoare, fiind vorba de cele permanente sau cele temporare depind de mare măsură de cantitatea de ape meteorice de pe suprafaţa carstică.

Izvoarele din partea nordică a Munţilor Piatra Craiului sunt gravitaţionale (Aştileu, Vadu Crişului, Brătcani, etc.). Cele din zona sudică a versanţilor sunt situate dealungul unui contact litologic unde depozitele carstice vin în contact cu depozite senoniene (depresiune Roşia: Topliţa de Roşia, Roşia, Izbuneală) sau cu depozite permiene (pânza de Arieşeni: Topliţa de Vida).

În depresiunea Roşia sunt izvoare, chiar peşteri pe suprafeţele acoperite cu depozite senoniene, în special în fâşii carbonatice. Nu se modifică caracterul impermeabil a acestor depozite sedimentare din aceste zone delimitate, în ciuda faptului că în aceste locuri sunt larg răspândite marnele şi argilele.

În cercetările din 1982 octombrie până 1983 noiembrie au fost monitorizate 13 izvoare majore (Tabelul nr. 3.). Rezultatele arată că perioada de observaţie a coincis cu o perioadă secetoasă (I. ORĂŞEANU, A. IURKIEWICZ, 1987).

Q media

Q max.

Q min. Colorare

# Izvor l/s

nv Bf Cv V/h L

(km)

1 Aştileu (1) 356 74 3410 46,0 0,303 0,618 5,6-266

2,62-11,5

2 Moara Jurjii (6) 163 18 1070 59,0 0,387 0,647 181,3 4,35

3 Peştera de la Vadu Crişului (8)

127 22 1270 58,0 0,213 0,690 47,8 4,25

4 Izbândiş (10) 346 49 3980 81,0 0,171 0,821 7-82,3 3,4-5,65

5 Brătcanilor (21) 305 68 2412 36,0 0,404 0,556 42,2-211

1,7-5,7

6 Damişenilor (22) 83 28 519 19,0 0,361 0,532 39,5-230,9

2,77-5,06

Tabelul 3. Parametrii izvoarelor urmărite în perioada 1982 X. -1983 IX

Legendă: Nv – indice de reîncărcare (Qmax/Qmin); bf – indice de curgere (procentul între media lunare a reîncărcării în luna cea mai secetoasă şi media anuală de reîncărcare); Cv –

coeficientul schimbării în timp a reîncărcării (procentul între diferenţa medie şi media zilnică pe într-un an hidrologic)

26

În anul hidrologic 1982 X. - 1983 IX. debitul mediu a principalelor izvoare carstice (Aştileu, Moara Jurjii, Peştera de la Vadu Crişului, Izbândiş, Brătcani, Peştera cu Apă de la Bulz., Tăul fără Fund, Toplicioara, Roşia, Topliţa de Roşia şi Topliţa Vida) a fost de 2,83 m3/s, debitul minim fiind 0,66 m3/s. Debitul mediu a celorlalte izvoare carstice era de cca. 1 m3/s.

În cazul izvoarelor, la nivel anual (în unele ani) se observă o oscilaţie semnificativă din punctul de vedere a debitelor, deoarece acest lucru depinde de condiţiile de precipitaţii. Astfel debitul mediu a izvorului Aştileu era de 575 l/s în anul hidrologic 1982 X. - 1983 IX., şi 356 l/s în anul hidrologic 1983 X. - 1984 IX. Debitul minim înregistrat într-o perioadă asemănător de secetoasă, era 170 l/s în 1981, 140 l/s în 1982, şi 74 l/s în 1983.

Staţiile hidrologice amplasate au înregistrat debitele zilnice pe cursurile de suprafaţă şi în izvoarele carstice pe os uprafaţă de 525 km2. Debitul proporţional cu suprafaţa carstică este 5,382 m3/s (323 mm), din care 4,392 m3/s este debit de suprafaţă, şi restul de 0,988 m3/s fiind debitele din izvoarele carstice monitorizate la limita suprafeţei studiate.

Regimul de precipitaţii medii pe suprafaţa terenului studiat a fost de 744 mm (metoda poligonului Thiess). Valoarea medie a evapo-transpiraţiei era de 595 mm. Astfel se poate calcula că cantitatea de apă infiltrată ± depozitată este de -173,6 mm (calculat prin alte metode valoare a ieşit -88,1 mm)

În perioada de cercetare valoarea out/inflow a sistemului carstic era mai mare decât 1 (mai multă apă sa infiltrat decât sa scurs). Din acesta reiese că rezervorul subteran este sub presiune ridicată. În afara debitului total, ce a părăsit sistemul carstic, şi a fost înregistrată de staţiile de măsurare, 27 % (1,47 m3/s) apa din acvifer a fost descărcată din cantitatea ce sa acumulat în anii anterior. Este important de menţionat că perioada în care sau făcut înregistrările a fost un an secetos. Astfel rezultatele indică că debitul Pârâului Vida este una normală (deşi bazinul hidrografic este o zonă carstică mare), dar comparând cu valori multianuale debitul a fost doar 68,8%.

5.1.9 Marcări cu trasori

Până ziua de azi au fost executate în total de 74 de marcări cu trasor pe teritoriul Munţilor Pădurea Craiului (fluoresceină, rhodamin, NaCl, I-131, şi In-EDTA). Pe baza rezultatelor viteza medie aparentă de curgere subterană este de 46 m/h. Distanţa cea mai mare care au fost parcurse de substanţele colorante în cadrul munţilor a fost de 11,55 km, care a fost executată de la ponorul pârâului Peştişului, până la izbucul Aştileu.

Datorită vitezei relativ ridicate a curgerilor subterane, se presupune că apele subterane circulă prin cavităţi şi fisuri, în timp ce se amestecă, trece prin schimbări chimice şi biologice a căror rol important este evident.

27

5.1.10 Sistemului carstic hidrogeologic

Sistemul carstic hidrogeologic include suprafeţele carstice, sistemul carstic inundat,

cât şi zonele necarstice. Curgerile pot fi împărţite în curgere supraterane şi curgeri subterane, sau printr-o falie, ruptură (terenuri diffluente) pot să alimenteze acelaşi izvor, sau şirul de izvoare într-o perioadă anume.

Figura 8. prezintă limitele aproximative a sistemelor carstice hidrogeologice şi poziţia izvoarelor localizate în zona montană. La realizarea acestei hărţi au fost utilizate rezultatele teste cu substanţe colorante, respectiv rezultatele analizelor cu bilanţurilor de apă (Orăşeanu I., Iurkiewicz A., 2010).

Figura 8. Poziţionarea zonelor de descărcare principale, zonelor diffluente şi poziţia

sistemelor carstice în munţii Pădurea Craiului.

Legendă: 1 – limitele presupuse a sistemului carstic; 2 – limita bazinelor hidrografice a Crişului Repede şi Crişului Negru; 3 – suprafeţe de curgeri; 4 – suprafeţe diffluente

Imaginea hidrogeologică generală a Munţilor Pădurea Craiului, exceptând grabenul

Remeţi, este că există un sistem acvifer carstic unitar, unde există o circulaţie adâncă dinspre est spre vest, care este acoperite se o serie de cursuri subterane dar în apropierea suprafeţei care se descarcă la marginea munţilor ca şi izvoare ascendente. Calculele din bilanţuri de apă nu indică prezenţa unor curenţi subterani adânci.

Contrar acestor rezultate se presupune că aceşti curenţii adânci au un rol important în sistemul carstic. Apa carstică prin curenţii adânci prin migrarea spre vest se încălzeşte. Aceasta poate fi urmărită în izvoarele de la Băile Felix. Aceasta este rezultatul

28

caracteristicilor zonelor perimetrale cu bazinul Panonic, care are un regim hipotermal. Izvoarele din zona Baile Felix, 1Mai descarcă apele carstice din aceste roci carstice.

5.2 Construcţia internă a modelului hidrodinamic

Construcţia internă a modelului este caracterizată de o divizie orizontală şi una verticală. Această construcţie internă in cazul nostru afost determinat pe de o parte de modul

discretizării, pe de altă parte de modelul geologic şi hidrogeologic concepţional, reţeaua hidrografică, prezenţa izvoarelor şi gradientul probabil al elevaţiei hidrostatice. În model se poate şi trebuie luat în considerare elemnetele tectonice, în cazul în care influenţează considerabil regimul de curgere ale apelor subterane. In modelul prezent am calculat cu existenţa sistemului de falii şi a ponoarelor.

5.2.1 Divizia orizontală

Limitele modelului, cum am menţionat şi anterior sunt: la N Crişul Repede, la V limita extinderii suprafeţelor carstice, la E Valea Brătcuţei, iar la S limita depozitelor panoniene.

Domeniul modelat a fost discretizat orizontal într-o reţea de celule prismatice trigonale ţinând cont de prezenţa reţelei hidrografice, de sistemul faliilor, limita unităţilor geologice, locaţia izvoarelor şi a ponoarelor, în jurul cărora numărul celulelor a fost înteţită, astfel încât reţeaua de calcul conţine în total 32380 (8077/strat) elemnete şi 21085 noduri (4217/strat) (Figura 9). În figură harta bazală este cea topografică, şi sunt marcate locaţiile izvoarelor şi a ponoarelor.

29

Figura 9.: Reţeaua de calcul a modelului matematic Pădurea Craiului. Izvoare; Ponoare Falii

5.2.2 Divizia verticală

Ca suprafaţă superiaoră a modelului a fost definiat suprafaţa topografică, suprafaţa inferioară aflându-se la un nivel mediu de -100 mBf.

La divizia verticală, în definirea numărului de straturi am urmărit unităţile litologice din regiune, astfel modelul numeric conţine 4 straturi numerice (Figura 10.).

Problema cea mai dificilă în modelare este formarea unor straturi continue în ciuda heterogenităţii litologice ale depozitelor reale. Dearece geologia şi tectonica perimetrului modelat este foarte complicată (vezi pe larg în capitolele anterioare) topografia regiunii a fost efectuată pe baza datelor şi experienşelor obţinute anterior, respectiv pe baza hărţii hidrogeologice menţionate ăn capitolul 4. (Figura 10.). Deoarece diferite straturi nu se pot subţia în model, in zonele unde se află în contact diferite unităţi litologice, continuitatea straturilor a fost asigurat prin variaţia coeficienţilor de infiltraţie.

Au fost delimitate următoarele straturi: o Stratul 1.: pentru introducerea parametrilor reţelei hidrografice şi a izvoarelor a fost considerat de 10 m grosime. Pe baza hărţii geologice a fost divizat în următoarele unităţi tectonice: calcare şi dolomite mezozice, molasă permo-mezozică, şisturi cristaline,

30

depozite flişoide cretacic superiare şi miocene, argile, marne şi nisipuri pannoniene, depozite holocene lângă cursurile de apă. o Stratul 2.: (90 m grosime): litologic este asemănător cu primul strat, doar că aici lipsesc depozitele holocene o Stratul 3.: (150 m grosime): dispar depozitele flişoide, rămân numai calcarele mezozoice, molasa permo-mezozică, depozitele pannoniene şi şisturile cristalinele o Stratul 4.: (200 m grosime): este alcătuit numai din calcare mezozoice, depozite pannoniene în zonele de vest şi nordice, respectiv şisturi cristalinele.

La determinarea culcuşului primului strat terbuie luat în considerare pe lâgă caracterul litologic şi nivelul piezometric iniţial.

Figura 10.: Suprafaţa 3D a perimetrului modelat şi cele 4 straturi numerice

31

5.3 Parametrii input

Nu numai limitele si structura internă a modelului numeric trebuie definit, dar în acelaşi timp trebuie ordonate câmpuri de proprietăţi de structura internă. Pentru simularea curgerii apei subterane, trebuie definit şi proprietăţile de câmpuri de conductivitate şi porozitatea efectivă.

5.3.1 Permeabilitatea

Permeabilitatea sau conductivitatea hidraulică (K; [L/T]) descrie proprietăţile mediului

geologic şi a lichidului din el. Factorul de scurgere a unei formaţiuni geologice capătă valori diferite din punct în punct în toate direcţiile a spaţiului. Porozitatea unei roci sau a unui sol conţinând interstiţii care nu comunică între ele, exprimată prin procentul din volumul total ocupat de aceste interstiţii; este numeric egală cu diferenţa dintre porozitatea totală şi porozitatea efectivă (deschisă).

La definirea permeabilităţii orizontale şi a porozităţii unor unităţi hidrostratigrafice, în primul rând ne-am bazat pe experienţele anterioare şi pe datele din literatura de specialitate, aşadar am presupus ca câmpurile în direcţiile orizontale fiind izotrope şi omogene.

Permeabilitatea primului strat am repartizat pe baza hărţii geologice acoperite de sedimentele cuaternare, definirea permeabilităţii la restul stratelor s-a definit pe baza studiilor geologice precedente efectuate ăn regiune (Fig. 11). Din cauza că nu este posibil efilarea stratului, lipsa stratelor de cuvertură pe zonele carstice am rezolvat cu schimbarea parametrilor. Datele de permeabilitate aplicate sunt redate în tabelul 4. Valorile factorilor de scurgere verticali am aplicat fiind cu o mărime mai mică. Pentru evaluarea permeabilităţii a fisurilor şi a faliilor am utilizat valorile primite din testele de vopsire a izvoarelor şi a ponoarelor. Am aplicat aceste valori pe alungul faliilor digitalizate. Distribuţia valorilor permeabilităţii orizontale şi verticale, respectiv a porozităţii în interiorul perimetrului studiat este redată în tabelul 4.

Tipul de rocă Kh Kv n m/zi m/zi Şisturi cristaline 8 0,8 0,18 Calcare şi dolomite mezozoice carstificate 12 1,2

0,22

Argile si nisipuri panoniene 1 0,1

0,11

Pietrişuri cuaternare 20 2 calculat de program Nisipuri cuaternare 10 1 calculat de program Molasă 4 0,4 0,12 Formaţiuni flişoide 0,5 0,05 0,1 Zonă de falii 11 1,1 1

Tabelul 4. Valorile permeabilităţii orizontale şi verticale aplicate .

32

Fig. 11. Distribuţia permeabilităţilor orizontali din perimetrul modelat

5.4 Condiţii de limită

5.4.1 Reţeaua hidrografică

Dintre parametrii de modelare input este foarte important redarea parametrilor râurilor, care au fost definite de nodurile lor. Nivelele de scurgere a râurilor am dedus din modelul de relief, din cauza că pârâurile au un meandru tăiat în relief.

Cu rezistenţă de meandru am dat valorile de debit input şi output care ajunge pe o unitate de suprafaţă.

5.4.2 Noduri şi izvoare cu presiune fixă

În ambele cazuri a numeroasele izvoare din zonele carstice şi necarstice au fost definite ca şi codiţii de limită, noduri cu presiune fixă (Tabelul 5.). Cu timpul am fost nevoiţi să ne confruntăm cu problema că datele unor izvoare din zonele de alimentare, nu reprezintă valorile nivelului zonei de saturaţie.

33

Pe baza celor de sus, pentru nodurile de suprafaţă am dispus valori pentru apa freatică, cu consideraţia reliefului.

Simbol izvor x y Q(m3/zi) Q(l/min)

KE-10 606767 311369 534,78 371,4 KE-11 607335 313201 313,04 217,4 KE-16 612113 309685 28,99 20,1 KE-18 610822 310997 17,93 12,4 KE-19 611201 310675 22,52 15,6 KE-20 609959 310786 289,86 201,3 KE-21 608166 310700 58263,77 40461,0 KE-25 616803 300680 217,39 151,0 KE-26 604430 317051 1224,64 850,4 KE-27 604418 317034 1234,78 857,5 KE-28 602727 316412 130,43 90,6 KE-29 603208 316649 128,41 89,2 KE-30 603710 317005 6,71 4,7 KE-31 604185 317121 28,99 20,1 KE-32 606964 311587 217,39 151,0 KE-33 607491 306730 46,96 32,6 KE-34 607442 307169 58672,46 40744,8 KE-59 598510 312214 58723,19 40780,0 KE-60 598422 311957 6,57 4,6 KE-71 610888 302764 217,39 151,0 KE-73 612320 303769 3,39 2,4 KE-74 612433 305587 231,88 161,0 KE-83 609936 297121 72,46 50,3 KE-84 607812 313645 3,06 2,1

Tabelul 5. Datele izvoarelor folosite în model

5.4.3 Infiltraţie

După combinarea hărţii de distribuţiei a precipitaţiilor (Fig. 7.) şi a hărţii geologice, la fiecare formaţiune cu caracter hidrogeologic am putut ataşa valori de precipitaţii. După care, cu înmulţirea valorilor procentuale şi de precipitaţii referitoare la formaţiunile din perimetrul cercetat am primit valorile de infiltraţie în mm/ani.

5.5 Rularea modelului –rezultatele modelării

Modelul simulă curgere permanentă. Valorile simulării numerice, reflectă condiţiile

actuale geologice şi hidrogeologice a perimetrului modelat, se bazează pe ele. Orice date noi contradictorice de aplicare în model, poate să necesite schimbarea parametrilor de input şi

34

reînceperea simulării. Rezultate acceptabile sunt de aşteptat numai când datele de input disponibile, sunt lipsite de contradicţie şi la nivelul cunoştinţelor actuale coincid cu realitatea.

Stratele 1-2 sunt acvifere cu nivel liber şi liber/acoperit, cât timp stratele sub ele sunt cu nivel strict acoperit. Harta distribuţiei nivelelor hidrostatice carstice rezultat din model, mai mult sau mai puţin poartă caracteristicile condiţiilor geometrice a stratului acvifer carstic. În zonele muntoase, nivelele hidrostatice calculate, s-au dat de a fi de poziţie mai joasă decât nivelele deduse din nivelele de izbuc a unor izvoare. Este greu de definit grosimea zonei nesaturate din zonele de infiltraţie, aşadar nivelul hidrostatic a apelor carstice coerente, sunt blocuri unde nu există nivel hidrostatic carstic coerent cu mediul în care este situat.

5.6 Interpretarea rezultatelor Ca şi rezultatul modelării numerice, pentru descrierea perimetrului model fiind corpul de apă

carstică Pădurea Craiului, am obţinut un parametru de output important: distribuţia potenţialului calculat.

Fig. 12.: Nivel hidrostatic calculat de model

35

Pe baza hărţii vectoriale de flux hidraulic calculat de modelul hidrodinamic Pădurea Craiului (Fig. 13.) şi harta 3D a reliefului hidrografic (Fig. 12) se poate afirma că pe perimetrul model direcţiile principale de curgere, în primul rând sunt de SE–NV, din direcţia Masivului Vlădeasa spre Crişul Repede. Direcţia de curgere a apelor subterane din platoul carstic Zece Hotare se orientează spre Bazinul Borod.

Cum se observă şi din harta vectorială curgerea cea mai intensivă se găseşte în zona Crişului Repede. Datorită caracteristicilor litologice şi hidraulice ale formaţiunilor existente în perimetru o mare parte a apei subterane se goleşte din sistem în Crişul Repede prin izvoarele existente în zona Defileului Vadu Crişului. O altă parte a apelor carstice subterane, în zonele mai adânci, curge spre depozite pleistocene şi pannonian superioare.

În figurile 13-14. prezentăm straturile numerice 1. şi 4. Comparând cele două figuri se observă că în primul caz intensitatea de scurgere este mult mai ridicată în regiunea localităţii Vadu Ctrişului, unde râul a tăiat în calcarele mezozice carstificate un culoar, decât în zona bazinului Borod, unde se găsesc depozite poroase alcătuite din nisipuri, argile, pietriş. În direcţia de vest, marginea calcarelor carstice şi a corpurilor de ape panoniene se caracterizează cu valori a fluxului volumetric specific mult mai mici. Gradientul este mult mai scăzut în stratul numeric 4., intensitatea curgerii apelor subterane este mai mică, dar în zonele carstice se menţine totuşi ridicat. O cantitate însemnată de apă din corpul carstic ajunge în mid direct sau indirect şi în depozitele quaternare şi pannoniene. În defileul Vadul Crişului Crişul Repede întretaie zona carstică mezozoică din Pădurea Craiului şi în mare măsură drenează aceasta, de unde apa mai spre vest, prin infiltraţie, într-un mod indirect ajunge în sedimentele aluviale din bazinul Borod. Într-un mod direct la contactul între zonele de scurgere ale corpului carstic şi depozitele quaternare şi terţiare. Calcularea procentuală mai exactă a cantităţilor de apă ce ajung în Crişul Repede sau care alimentează corpurile de apă învecinate, în cadrul modelului nu afost posibil. Pentru acesta avem nevoie de parametri input mai exacte şi detailate (valori concrete de infiltraţie a precipitaţiilor in platourile carstice, debitele izvoarelor şi a ponoarelor observat şi înregistrat pe o durată de timp mai indelungat, alimentarea carstului din zonele cristaline mai ridicate din zone învecinate) însă cadrul prezentului proiect nu apermis efectuarea acestora.

36

Fig. 13.: Regimul de curgere în primul strat numeric din model

37

Figura 14. Regimul de curgere în stratul numeric 4. a modelului

În concluzie cu ajutorul modelului hidrodinamic s-au conturat direcţiile principale de curgere ale apelor subterane, zonele de scurgere şi de aflux (inflow) locale caracteristice părţii nordice a Munţilor Pădure Craiului, ţinând cont de complexitatea structurii geologice a regiunii. În modelul executat în programul Feflow au fost construite acele elemente (din literatura de specialitate anterioară şi din studii de teren) a căror efect asupra regimului apelor subterane nu a fost considerată sau vizualizată. Pentru efectuarea unui model mai exact sunt necesare cercetări viitoare cum ar fi: măsurarea sistematică a debitului, a variaţiei chimismului izvoarelor şi a curgerilor de apă de suprafaţă în mod simultan cu măsurarea cantităţii şi repartizării repartiţiei din regiune măcar peste un ciclu hidrologic. Pentru clarificarea structurii geologice a regiunii şi stabilirea grosimii straturilor acoperitoare protectoare sunt necesare mai multe şi prospecţiuni geofizice, efectuate mai sistematic şi amănunţit.

38

6 Descrierea modelului hidrodinamic Oradea–BăileFelix

6.1 Delimitarea modelului hidrodinamic Felix

În domeniul corpurilor de apă poros-permeabile, perimetru model tehnic cvadrilateral delimitat de patru puncte se găseşte la S de Oradea, în zona Băilor Felix şi 1 Mai. Dintre toate zonele cercetate, această porţiune reprezintă cel mai bine trecerea de la zona de câmpie la cea piemontană, aşadar din punct de vedere hidrogeologic aici se pot studia foarte bine caracteristicile diferitelor tipuri de regim, zonele de alimentare şi de tranzitare. Acest perimetru cuprinde şi zonele de contact a corpurilor de apă, ROCR08, ROCR02: o porţiune din paraautohtonul Biharia (Pădurea Craiului) ajunge aproape de suprafaţă în zona Băile Felix, pe care se găseşte acoperişul post-tectonic, cuverturile sedimentare panoniene. Depozitele neogene în zonă sunt efilate.

Limita nordică a perimetrului model este Crişul Repede, de aici mai departe pe latura de V trece prin localităţile Girişu de Criş–Gepiu–Ianoşda, apoi la sud pe o porţiune urmăreşte Valea Şesului şi Valea Gepişului până la comuna Gepiş. Limita din E urmăreşte valea râului Topa până în zone de izvorâre (Dealurile Taşad), mai departe dincolo de cumpăna apelor până la localitatea Tileagd de-a lungul văilor care duc spre Criş. Suprafaţa perimetrului este de 896 km2. (Fgura 15.)

LegendaLimita modelului

ORADEA

Tileagd

Baile Felix

Miersig

Crisul Repede

V. T

asad

Baile 1 Mai

µ

Figura 15. Perimetrul modelat în zona Băilor Felix şi 1 Mai

39

6.2 Caracteristicile geografice, geiologice şi hidrogeologice a carstului din arealul Băilor Felix

6.2.1 Condiţii geomorfologice

Perimetrul modelat se află în partea vestică a Judeţului Bihor, nu departe de grniţa

româno-maghiară, pe cursul Crisului Repede, mărginit la est de Dealurile Tăşadului, care fac tranziţie între zona montană (Pădurea CraiuluiI) şi zona de câmpie. Morfologic, teritoriul cuprins între garniţă şi Băile Felix aparţine zonei de câmpie şi continuă spre est intr-o zonă joasă deluroasă.

Înâlţimea reliefului variază între 100 m la vest şi 400-500 m în est, regiunea Aştileu–Vârciorog. Spre zona montană (ce nu aparţine de teritoriul modelat), acste altitudini cresc.

Relieful perimetrului modelat este prezentat în figura 3, ce afost generată cu ajutorul modulului 3D Analyst din softul ARCGIS 9.1 (Figura 16.).

Figura 16. Harta topgrafică a perimetrului modelat

6.2.2 Condiţii climatice

Temperatura anuală in acest areal este de +10ºC. Cantitatea precipitaţiilor pe parcursul

unui an normal variază între 600-700 m (Figura 7.).

40

6.2.3 Structura geologică a perimetrului modelat

Din punct de vedere geologic perimetrul Oradea–Băile Felix se situează în

extremitatea nord-estică a Bazinului Pannonic, aproape de zona de contact cu M-ţii Apuseni.În cuprinsul ei se separă un fundament alcătuit din şisturi cristaline şi depozite sedimentare preterţiare care reprezintă formaţiunile propriuzise ale depresiunii.

Formaţiunile geologice – dezvoltate în adâncime – din acest areal aparţin Autochtonului de Bihor; în partea estică apar la suprafaţă mici peteci permiene, aparţinând unei alte unităţi structurale majore: Pânzele de Codru. Peste aceste unităţi se depun intr-un ciclu posttectonic depozite senoniene, care acoperă discontinuu acest fundament. Depozitele mezozoice ale Autochtonului de Bihor, se scufundă treptat spre vest, costituind fundamentul actual al Depresiunii Pannonice. Această depresiune largă, formată datorită reactivării unor fracturi crustale, rezultat al diatrofismului laramic, a fost reumplută gradat cu depozite foarte groase neogene şi cuaternare.Aceste depozite acoperă totodată şi părţile marginale, aici având o grosime mai redusăm ca şi în cazul bazinelor intramontane din Băilor Felix şi 1 Mai (vezi secţiunea orientată NW-SE din figura 17.). Fundamentul Bazinului Pannonic în acest areal este format din formaţiuni metamorfice epizonale şi şezozonale, reprezentate de depozite triasice, jurasice şi cretacice inferioare. Toate aceste formaţiuni au fost interceptate de forajele executate în zona Băilor Felix1 Mai şi Oradea. Între Băile Felix şi 1 Mai apare numai cretacicul inferior în delul calcaros Şimleu. Aceasta este apariţia cea mai vestică a calcarelorm puternic dezvoltate spre est, în M-ţii Pădurea Craiului. Aceste depozite mezozoice reprezintă o structură monoclină faliată, care cade ăn trepte spre vestm unde este acoperită de depozite mai noi. Litologic, întreaga serie mezozoică este formată din calcare şi dolomite puternic carstificate, atât în Pădurea Craiului cât şi înspre vest în zona Băilor Felix1 Mai şi Borş, unde aceste depozite apar la adâncimi din ce în ce mai mari. Grosimea formaţiunilor mezozoive este în jur de 3500 m. În jurul oraşului Oradea formaţiunile jurasice au o grosime de 150-200 m, şi peste 600 m în zona Băilor Felix. Umputura sedimentară posttectonică a Bazinului Pannonic este formată în arealul Oradea-Băile Felix-1 Mai din depozite cretacic superioarem neogene şi cuarenare. Senonianulm interceptate doar de forajele de lângă Oradea, sunt dezvoltate în facies de Gosau (în marea majoritate roci carbonatice), ce acoperă discordant Autochtonul de Bihor. Standurile neogene acoperăn discordant formaţiunile mai vechi, şi sunt reprezentate de depozite miocene (badenian şi sarmaţian) şi pliocene în facies pannonic. În arealul Oradea miocenul este detritic de la zeci până la sute de metrii grosime, pe când în zona Băilor Felix1 Mai dispare total. Pliocenul, reprezentat de depozite ponţiene, este prezent în special ăn interiorul depresiuniim ajungînd în nord de oradea la o grosime de 2900 m. Este constituit din două coşplexe: una inferoară pelitică şi una inferioară psamitică (acesta este un rezervor important de ape termale). Grosimea depozitelor pliocene descrşte rapid dinspre Oradea spre Băile Felix, de la 1000 m la 10-20 m.

41

Cuaternarul este reprezentat de depozite aluviale de albie majoră şi importante structuri de terasă, sporadic depozite diluviale. Tectonic, fundamentul Depresiunii Pannonice în arealul Oradea-Băile Felix-1 Mai este compatimentat în blocuri, în funcţie de două sisteme de falii aproximativ perpendiculare.

- sistemul pannonic, orientat NW-SE, care traversează partea vestică a oraşului Oradea şi continuă în Ungaria. Aceasta este o falia marginalăm, care este limita estică a Bazinul Pannonic.

- sistemul carpatic, orientat W-E, este responsabil de fragmentarea masivelor muntoase vestice. Fractura crustală G10 intersectează la N de Oradea falia marginală a Bazinului Pannonic Elementele structurale mai importante din arealul modelat reprezintă bazinul intramontan Borodm dezvoltat de-a lungul Crişului Repede şi sistemul de falii Velenţam orientat N-S.

Figura 17. Secţiune transversală geologică peste aria Oradea–Băile Felix

Legendă: 1. pn – ponţian; 2. N1 – miocen:marne, nisipuri, gresii; 3. K – cretacic nediferenţiat (K2 – senonian: marne, gresii fine, conglomerate, argile; K1 – cretacic inferior (calcare, calcare argiloase); 4. J1-2 – jurasic inferior şi mediu: argile, gresii, calcare argiloase compacte; 5. triasic (T2 – triasic mediu:

calcare, dolomite); T1 – triasic inferior: conglomerate, gresii) ; 6. proterozoic: roci metamotfice; 7. proterozoic: granite; 8. falii

6.2.4 Hidrogeologia regiunii

Din studiile de arhivă sau publicate, respectiv din Planul de gospodărire a apelor din bazinul Crişurilor se cunoaşte existenţa în regiune a unor ape subterane cantonate în aproape toată seria formaţiunilor ce iau parte la constituţia geologică a regiunii. Principalele sisteme acvifere sunt cantonate în depozitele corespunzătoare holocenului (ROCR01), pleistocen-pliocen superior ROCR06, 07, 08), cretacicul inferior şi triasicul. Doarece modelul hidrodinamic actual cantonează doar depozitele holocen–pliocen supriare, vom descrie doar aceste sisteme acvifere.

42

Acviferul holocen (ROCR01) este dezvoltat în complexul celor mai noi formaţiuni din regiune, constituite , în cea mai mare parte din aluviuni recente ale luncilor şi depozitele terasei joase. Sistemul acvifer este constituit din unul sau mai multe strate cu legătură hidrodinamică între ele, plasate în general pînă la adâncimea de 25-30 m. Regimul de curgere ale apei freatice în perimetrul modelat, pe baza studierii hărţilor cu hidroizohipse are o direcţie genrală de NE-SW. Zonarea hidroizobatelor nivelului freatic indică adâcimi de peste 7 m în câmpiile înalte subcolinare ale Mierşigului şi Diosig-Tăşadului, în restul regiunii adăncimile sunt cuprinse între 2-7 m. Acviferul pleistocen (ROCR06, 07) de medie adâncime se găseşte plasat imediat sub freatic, la adîncimi cuprinse în general între 50-120 m. Separarea lui de sistemul acvifer pliocen superior are un caracter convenţional şi s-a făcut în special din considerente hidrodinamice.

Apele de medie adâncime sunt cantonate în depozite poros permeabile, aluvionar fluviatile, într-un compex de strate permeabile variabile ca număr, grosime şi granulozitate, care de multe ori se efilează sau se cojugă, dar au în general o bună legătură hidrodinamică între ele. În perimetrul cercetat se observă o reducere a grosimii şi granulometriei ale acestora, în timp ce grosimea pachetelor impermeabile devine mai accentuată. Ca dezvoltare areală, acest sistem acvifer acoperă întreaga regiune modelată.

Distribuţia cotelor nivelelor de apă atât ca alură, cât şi ca valoare absolută este aproape identică cu cea pusă în evidenţă la nivelul freaticului, ceea ce sugerează o strânsă intercondiţionare verticală din punct de vedere hidrodinamic între cele două sisteme acvifere. Interesantă este în special extremitatea nordestică a perimetrului, unde cotele nivelurilor apelor de medie adâncime, cel puţin local sunt superioare freaticului, ceea ce s-ar putea explica numai printr-un aport lateral masiv dinspre est, în complexul acvifer adânc. Direcţiile de curgere subterană evidenţiază aceeaşi imagine a dinamicii caşi în cazul freaticului şi gradienţi hidrauluici foarte asemănătoare, cu excepţia zonei menţionate, ca având o posibilă alimentare laterală.

Pe baza valorilor parametrilor hidraulici, ce sunt inferiare corpurilor freatice, se poate constata că în zona modelată transmisivităţile se înscriu în ecartul de 1 la 100 m2/zi, iar conductivitatea hidraulică între 1-10 m/zi.

Acviferul pliocen superior (dezvoltat în depozite pannonian superioare) se află plasat în general între adâncimile de 150-400 m, ăn depozite poros permeabile, aluvionare lacustre. Acest sistem acvifer este constituit dintr-un complex de strate permeabile subţiri, fără mare continuitate areală şi cu o granulozitate foarte fină, separate de bancuri groase argilo-marnoase impermeabile. Posibilităţile de comunicare hidraulică, mai ales peverticală, sunt reduse.

Ca dezvoltare areală, acest sistem acvifer este prezent aproximativ in treisfertul regiunii modelate, în zona Băilor felix apărând într-un petic mai restrăns calcarele mezozoice.

Suprafaţa piezometrică reconstituită pe baza unor nivele măsurate, arată că în linii generale cadrul hidrogeologic descris anterior pentru acviferele holocene şi pleistocene, se menţine, direcţia de curgere fiind E-V în zona Crişului repede şi NE-SW în sudul regiunii modelate, dar se evidenţiază o aplatizare a acestuia, ce denotă un regim hidrodinamic mai lent, decît in cazul corpurilor superioare.

43

Valorile transmisivităţilor şi a conductivitîţii hidraulice sunt mult inferioare celor amintite anterior, variază între 10-50 m2/zi, respectiv 0,2-4 m/zi.

6.2.5 Extracţii de apă din perimetrul modelat

Puţurile de alimentare cu apă din zona modelată sunt enumerate în tabelul 6. Acestea au fost studiate de către noi in prezentul proiect de cercetare. În realitate însă, pe baza hărţilor prezentate în Planul de gospodarire integrata a calitatii si cantitatii apei din bazinul hidrografic Crisuri (Apele Române) în perimetru există mai multe puncte de extracţie, majoritatea lor exploatând corpurile de apă de medie adâncime, a căror date nu am putut obţine de la autorităţilor apelor române. Din această cauză creşte nesiguranţa modelului.

Simbol

puţ x y

Adâncime filtru (m)

K-65 287082,60 612099,10 9-10 K-66 286768,29 613111,53 1.5-2 K-67 285908,35 607816,87 25-30 K-68 285847,17 617982,05 24-28 K-69 278270,28 624812,86 24-29 K-89 259845,89 604046,77 30-40

Tabelul 6. Datele puţurilor de alimentare cu apă folosite în model

6.3 Construcţia internă a modelului hidrodinamic

Construcţia internă a modelului este caracterizată de o divizie orizontală şi una verticală. Această construcţie internă in cazul nostru afost determinat pe de o parte de modul

discretizării, pe de altă parte de modelul geologic şi hidrogeologic concepţional, reţeaua hidrografică, prezenţa forajelor şi gradientul probabil al elevaţiei hidrostatice. In modelul prezent am calculat cu existenţa forajelor, râurilor mai importante (Crişul Repede, Pârâl Topa, Pârâul Holodului, Valea Tăşadului) şi izvoarele din zona delurilor Tăşadului.

6.3.1 Divizia orizontală

Domeniul modelat a fost discretizat orizontal într-o reţea de celule prismatice trigonale

ţinând cont de prezenţa reţelei hidrografice, limita unităţilor geologice, locaţia forajelor de alimentare cu apă potabilă existente în regiune şi locţia izvoarelor din Dealul Tăşadului, în jurul cărora numărul celulelor a fost înteţită, astfel încât reţeaua de calcul conţine în total 18464 (4616/strat) elemnete şi 11880 noduri (2376/suprafţă strat). În figura 18 harta bazală este cea topografică, şi sunt marcate locaţiile forajelor şi izvoarelor.

44

Figura 18. Reţeaua de calcul a modelului matematic Băile Felix.

puncte de extracţie de apă (foraje, izvoare), curgeri de apă

6.3.2 Divizia verticală

Ca suprafaţă superiaoră limită a modelului a fost definiat suprafaţa topografică, suprafaţa inferioară aflându-se la o adâncime de 450 m (calculând de la cotele suprafeţei topografice).

La divizia verticală, în definirea numărului de straturi am urmărit unităţile litologice din regiune, respectiv limitele inferioare şi superioare a corpurilor de apă studiate, delimitate prealabil. Astfel modelul conţine 4 straturi numerice (Figura 19.).

Problema cea mai dificilă în modelare este formarea unor straturi continue în ciuda heterogenităţii litologice ale depozitelor reale. Topografia regiunii a fost efectuată pe baza datelor şi experienţelor obţinute anterior, respectiv pe baza hărţii geologice sintetice apărută recent (I. Orăşeanu, A. Iurkiewicz, Karst hydrogeology of Romania). Deoarece diferite straturi nu se pot subţia în model, in zonele unde se află în contact diferite unităţi litologice, continuitatea straturilor a fost asigurat prin variaţia coeficienţilor de infiltraţie.

Au fost delimitate următoarele straturi: o Stratul 1.: pentru introducerea parametrilor reţelei hidrografice a fost considerat de 10 m grosime. Pe baza hărţii geologice a fost divizat în următoarele unităţi litologice: calcare

45

şi dolomite mezozice, molasă permo-mezozică, argile, marne şi nisipuri pleistocen–pannonian superiore, depozite holocene. o Stratul 2.: (90 m grosime): litologic este asemănător cu primul strat, doar că aici lipsesc depozitele holocene o Stratul 3.: (150 m grosime): rămân numai depozitele calcarele mezozoice şi depozitele poroase pleistocen–pannonian superiore o Stratul 4.: (200 m grosime): este alcătuit numai din calcare mezozoice şi depozite

pannoniene. La determinarea culcuşului primului strat terbuie luat în considerare pe lâgă

caracterul litologic şi nivelul piezometric iniţial.

Figura 19.: Suprafaţa 3D a perimetrului modelat şi cele 4 straturi numerice

6.4 Parametrii input

Nu numai limitele si structura internă a modelului numeric trebuie definit, dar în acelaşi timp de trebuie ordonate câmpuri de proprietăţi de structura internă. Pentru simularea curgerii apei subterane, trebuie definit şi proprietăţile de câmpuri de conductivitate şi porozitatea efectivă.

46

6.4.1 Permeabilitatea

La definirea permeabilităţii orizontale (Kh) şi a porozităţii (n) a unor unităţi

hidrostratigrafice, în primul rând ne-am bazat pe experienţele anterioare şi pe datele din literatura de specialitate, aşadar am presupus ca câmpurile în direcţiile orizontale fiind izotrope şi omogene.

Permeabilitatea primului strat am repartizat după harta geologică acoperită de sedimentele cuaternare (Fig. 20.), definirea permeabilităţii la restul stratelor s-a definit pe baza cercetărilor geologice precedente şi datele forajelor existente din regiune. Din cauza că nu este posibil efilarea stratului, lipsa stratelor de cuvertură am rezolvat cu schimbarea parametrilor. Datele de permeabilitate şi porozitate aplicate sunt redate în tabelul 7. Valorile factorilor de scurgere verticale (Kv) aplicate fiind cu o mărime mai mică.

Tipul de rocă Kh Kv n m/zi m/zi Calcare şi dolomite mezozoice carstificate 12

1,2 0,22

Argile si nisipuri panoniene 1

0,1 0,11

Pietrişuri cuaternare 20 2 Nisipuri cuaternare 10 1 Molasă permo-mezozoică 4

0,4 0,12

Tabelul 7. Valorile permeabilităţii orizontale aplicate .

Pe partea estică a teritoriului modelat, în apropierea Băilor Felix calcarele mezozoice apar la suprafaţă sau aproape de suprafaţă şi sunt întrepătrunse de depozite neogene. Diferenţa parametrilor hidraulici dintre aceste depozite separate se observă şi în figura 20, calcarele prezentându-se cu valori de conductivitate mult nai ridicate decât depozitele poroase fluviatil-lacustre.

47

Fig. 20. Distribuţia permeabilităţilor orizontali din perimetrul modelat

6.5 Condiţii de limită

6.5.1 Reţeaua hidrografică

Dintre parametrii input de modelare este foarte important redarea parametrilor râurilor, care au fost definite de nodurile lor. Nivelele de scurgere a râurilor am dedus din modelul de relief, din cauza că pârâirile au un meandru tăiat în relief.

Cu rezistenţă de meandru am dat valorile de debit input şi output care ajunge pe o unitate de suprafaţă.

6.5.2 Noduri cu extracţie permanentă

Izvoarele şi forajele de alimentare cu apă din perimetrul modelat au fost definite ca şi codiţii de limită, noduri cu extracţie permanentă. Am considerat nivelele hidrostatice din foraje valorile nivelului zonei de saturaţie. Pe baza celor de sus, pentru nodurile de suprafaţă am dispus valori pentru apa freatică, cu consideraţia reliefului.

48

6.5.3 Infiltraţie

După combinarea hărţii de distribuţiei a precipitaţiilor (Fig. 7.) şi a hărţii geologice, la fiecare formaţiune cu caracter hidrogeologic am putut ataşa valori de precipitaţii. După care, cu înmulţirea valorilor procentuale şi de precipitaţii referitoare la formaţiunile din perimetrul cercetat am primit valorile de infiltraţie în mm/ani.

6.6 Rularea modelului –rezultatele modelării Modelul simulează curgere permanentă. Valorile simulării numerice, reflectă condiţiile

actuale geologice şi hidrogeologice a perimetrului modelat, se bazează pe ele. Orice date noi contradictorice de aplicare în model, poate să necesite schimbarea parametrilor de input şi reînceperea simulării. Rezultate acceptabile sunt de aşteptat numai când datele de input disponibile, sunt lipsite de contradicţie şi la nivelul cunoştinţelor actuale coincid cu realitatea.

Stratul 1. numeric este acviferul cu nivel liber cât timp stratele sub ele sunt considerate cu nivel strict acoperit. Harta distribuţiei nivelelor hidrostatice rezultate din model, mai mult sau mai puţin poartă caracteristicile condiţiilor geometrice ale acviferelor.

6.7 Interpretarea rezultatelor

Ca şi rezultatul modelării numerice, pentru descrierea perimetrului model am obţinut un parametru de output important: distribuţia potenţialului calculat (Fig. 21). Pe baza hărţii 3D a reliefului hidrografic şi ale hărţilor vectoriale de flux hidraulic calculat de modelul hidrodinamic Oradea–Băile Felix (Fig. 22-23.) se poate afirma că în perimetrul modelului direcţiile principale de curgere, în primul rând sunt de SE–NV, din direcţia Dealurilor Tăşadului spre Crişul Repede. Direcţia de curgere a apelor subterane este dinspre extremitatea vestică (apărută la zi) a calcarelor mezozoice din M-ţii Pădurea Craiului spre interiorul Bazinului Pannonic. Acesta se explică şi morfologic, calcarele fiind într-o poziţie ridicată.

49

Figura 21. Nivelele hidrostatice calculate de model

Cum se observă şi din harta vectorială curgerea cea mai intensivă in primul strat

numeric se găseşte în zona Crişului Repede, în schimb, în interiorul modelului, cum influenţa de drenaj a Crişului dispare, intensitatea de curgere devine puternică în zona de contact a calcarelor cu depozitele argiloase-nisipoase ale panonianului superior. Această intensitate de curgere ridicată este datorată şi extracţiei de apă din regiune prin forajele de alimentare cu apă cu filtrele situate în zona corpurilor de apă de medie adâncime (pleistocene) şi de adâncime (panonian superior). Din modelul regional, executat în prezentului proiect, se va putea constata, dacă se simte în regiune şi influenţa forajelor de alimentare existente pe partea maghiară (de câmpie) a perimetrului de cercetare. Cu ajutorul modelului hidrodinamic s-au conturat direcţiile principale de curgere ale apelor subterane, zonele de curgere locale (inflow, outflow). Zonele de outflow se observă de-a lungul Crişului Repede, cele inflow se situează în regiunea Dealurilor Tăşadului.

În modelul executat în programul Feflow au fost construite acele elemente (din literatura de specialitate anterioară şi din studii de teren) a căror efect asupra regimului apelor subterane nu a fost considerată sau vizualizată. Pentru efectuarea unui model mai exact sunt necesare cercetări viitoare cum ar fi: măsurarea sistematică cu aparate digitale a nivelului, debitului, şi a variaţiei chimismului forajelor de alimentare cu apă şi a curgerilor de apă de suprafaţă mai importante în mod simultan cu măsurarea cantităţii şi repartiţiei precipitaţiei din

50

regiune măcar peste un ciclu hidrologic. Pentru clarificarea structurii geologice, în special detectarea contactului între calcarele mezozoice şi depozitele pleistocen–pliocene din perimetru sunt necesare mai multe şi prospecţiuni geofizice, efectuate mai sistematic şi amănunţit.

Fig. 22.: Relaţiile de curgere din primul strat numeric de model

51

Figura 23. Relaţiile de curgere din stratul numeric 4 de model

52

7 Modelul matematic de transport al poluanţilor

7.1 Prefaţă

În perimetrul de cercetare regiunea cea mai vulnerabilă la răspândirea diferitelor substanţe potenţiale de poluare. Din acest motiv am construit modelul matematic de transport pe modelul hidrodinamic Pădurea Craiului, prezentat pe larg în Capitolul 5. Pe parcursul lucrărilor de teren în perimetrul carstic s-au clarificat locaţiile surselor de poluare, tipul şi măsura contaminaţiilor. Rezultatele obţinute au dovedit existenţa unei concentraţii mai ridicate a ionilor de nitraţi în apa subterană de mică adâncime mai ales în porţiunile locuite, pe teritoriul crescătoriilor de animale. Pe baza acestor considerente a fost motivat realizarea şi a unui model matematic al transportului de poluanţi în acvifer pe teritoriile cele mai periclitate a carstului din perimetrul modelat (pe baza studiilor de vulnerabilitate şi a studiului surselor potenţiale de poluare efectuate în proiectul prezent). Cu ajutorul acestui model s-a estimat perioada de timp în care poluanţii principali din zonă pot ajunge la nivelele mai adânci ale acviferului, exploatat mai ales de izvoarele alimentatoare a satelor şi cătunelor, s-a prognostizat un interval de timp mai lung condiţia corpului de apă. Modelarea a fost făcută pe 1 şi 10 de ani, pentru a simula propagarea poluanţilor respectivi pe o perioadă medie şi pe o perioadă lungă de timp. Valoarea de 2000 mg/l a concentraţiei ionilor de nitraţi aplicat în model nu este o valoare reală, analizele de laborator nu au semnalat nici într-un eşantion prelevat din izvoarele carstului. Dar pe baza observaţiilor de teren am constatat că mustul din gunoiul de grajd, după modul de depozitare a acestuia, poate să ajungă direct în apa carstică prin ponoare. Concentraţia în ioni de nitraţi a mustului de gunoi de grajd a fost aplicat în model cu valoarea indicată în literatura de specialitate (2000 mg/l), într-un regim de alimentare continuă. Rezultatele modelului de transport au arătat, că în conformitate cu direcţia principală de curgere ale apelor subterane, poluarea se propagă spre bazinul Crişului Negru. Într-un an ajunge deja în stratul numeric cel mai inferior. În prognostizarea de 10 ani se poate constata că forma corpului de apă poluată se dilată şi se mişcă de-alungul sistemelor de falii în direcţia Crişului Repede.

7.2 Prezentarea modelării matematice a transportului permanent subteran a diferiţilor poluanţi

După pătrunderea în mediul geologic, poluanţii suferă fenomene de transport, de transformare, de transfer sau de acumulare şi fixare. Aceste fenomene contribuie la răspândirea şi distribuţia lor în elementele mediului geologic (sol, formaţiuni geologice, ape subterane) şi la modificarea structurii chimice a mediului geologic. Scopul modelelor numerice a transportului de poluanţi este aprecierea calităţii unei părţi a mediului, prognostizarea schimbărilor de stare cantitative şi calitative ale acestei părţi de mediu datorită răspândirii diferitelor poluanţi, simularea în timp şi în spaţiu a propagării

53

poluării, estimarea distribuţiei concentraţiilor a substanţelor poluante în diverse puncte şi situaşii impuse. Pe baza rezultatelor devine posibilă stabilirea unor priorităţi în măsurările de control şi în estimarea scopurilor de reducere a emisiilor.

Modelarea matematică oferă posibilitatea integrării tuturor datelor şi informaţiilor privind zona de studiu. După calibrare, un model numeric poate fi utilizat pentru simulări, iar acestea se pot dovedi deosebit de utile în cazul luării de decizii privind: reducerea efectelor contaminării apelor subterane; optimizarea amplasării de noi captări sau a extinderii celor existente; studiul mişcării contaminanţilor; optimizarea debitelor de funcţionare ale forajelor. Modelul de transport al perimetrului cercetat s-a realizat pe baza modelului hidrodinamic prezentat în capitolul 5. cu ajutorul programului Feflow. Caracteristicile generale ale programului au fost relatate pe larg în subcapitolul 2.2. Prin calibrarea curbelor de restituţie se determină parametrii caracteristici pentru transportul poluanţilor în apa subterană (porozitate efectivă, dispersivitate, coeficient de adsorbţie, constanta de degradare). Valorile acestor parametri vor fi utilizate pentru simularea de scenarii de poluare a apei subterane.

Baza unui model de transport al poluanţilor este un model hidrodinamic bine calibrat. Modelul matematic constă din integrarea ecuaţiilor ce descriu curgerea şi înaintarea frontului poluant în mediul poros. Parametrii care intervin în aceste ecuaţii trebuie apreciaţi pe baza unor măsurători efectuate in situ (calibrarea modelului). Rezultatele modelarii pot fi utilizate în practică doar în condiţiile în care modelul a fost calibrat si validat. In cazul de faţă am folosit ca şi bază de pornire modelul hidrodinamic efectuat pe teritoriul Pădurii Craiului prezentat în capitolul 5., care a fost completat cu date de intrare noi, referitoare la poluările cu nitraţi şi arsen. Condiţiile geologice, hidrogeologice şi hidrometeorologice, delimitarea orizontală şi verticală a modelului, discretizarea acestuia, condiţiile la limită, coeficienţii de infiltraţie a straturilor modelului sunt identice cu cele descrise în capitolul mai sus menţionat.

7.2.1 Mecanismele principale de migraţie ale ionilor de nitraţi

Dintre caracteristicile chimice ale substanţelor poluante, mecanismele de migraţie, cum ar fi difuzia convectivă, dispersia mecanică sau cinematică, difuzia moleculară; variaţii de fază, dezagregarea şi reproducţia de material, etc. constitue parametrii de bază de intrare a unui model de transport. In modelul actual – datorită lipsei de date input suficiente, a căror colectare necesită analize de laborator şi prospectări in situ îndesite – s-au folosit datele modelului hidrodinamic, difuzia moleculară şi coeficientul de repartiţie. La stabilirea valorilor difuziei moleculare şi a coeficientului de repartiţie am folosit date din literatura de specialitate {pagina web USGS (United States Geological Survey) http://www.usgs.gov/, http://toxics.usgs.gov/}.

Difuzia moleculară constă în migrarea moleculelor unei specii moleculare printre celelalte molecule din amestec, dintr-o zonă de concentraţie mai ridicată într-o zonă în care concentraţia este mai mică, ca rezultat al mişcării de agitaţie termică a moleculelor . Prin urmare difuzia moleculară este un mecanism care are loc la nivel molecular, iar intensitatea transportului este cu atât mai mare cu cât gradientul de concentraţie din sistem este mai mare.

54

Valoarea difuziei moleculare în model a fost considerată de 3.23 x 10 -6 cm2/s pentru nitraţi din care reiese că mobilitatea ionilor de nitraţi este foarte ridicată (pagina web USGS (United States Geological Survey) http://www.usgs.gov/).

Coeficientul de repartiţie reprezintă raportul dintre concentraţiile unei substanţe în două compartimente de mediu, care este funcţie de natura sistemului şi de temperatură, de caracteristicile de propagare, capacitatea de biodegradare, mobilitatea substanţei respective. Valoarea acestei constante în literatura de specialitate este de 3.9 cm2/g pentru nitraţi.

7.2.2 Condiţii limită considerate în caracterizarea mediului subteran

Concentraţiile determinate din eşantioanele de apă au fost prelevate din complex acvifer, din freatic, în cazul prezent din primul strat de model. Pe baza cunoştinţelor actuale, am considerat ca sursele de poluare se situează în acest prim strat, astfel aici au fost construite în model, că alimentarea acestora este permanentă.

7.3 Prezentarea rezultatelor modelului de transport

Modelarea transportului de nitraţi şi arsen a fost derulat pe o perioadă de 1 şi 10 ani. Cu

ajutorul modelului se poate prognostiza pe aceste perioade de timp direcţia şi viteza de răspândire a poluanţilor, cu condiţia că regimul hidraulic şi condiţiile actuale de poluare rămân neschimbaţi. Valorile concentraţiilor sun doar informative.

7.3.1 Variaţia concentraţiei de nitraţi într-o perioadă de 1 an în modelul Pădurea Craiului

Pe parcursul lucrărilor de teren în izvoare s-au măsurat concentraţii de nitraţi relativ

scăzute. Valorile măsurate variază în general între 2-4 mg/l, dar apar şi valori între 8-12 mg/l, care este rezultatul unei poluări de suprafaţă. Valorile calculate de model de asemenea arată, că într-un an mărimea corpului de apă contaminat nu depăşeşte 350-400 m, unde la limita corpului concentraţia ionilor de nitraţi este de 1 mg/l. În schimb, într-un an poluarea ajunge şi la nivelul cel mai inferior al modelului (stratul numeric 4.), adică nla o adâncime de 450 m. Pe baza calculelor actuale concentraţia maximă în primul strat de model poate să ajungă la o valoare de 1750 mg/l, pe când în stratul cel mai adânc nu depăşeşte 36 mg/l (Figurile 24-27).

55

Figura 24. Concentraţia ionilor de nitraţi în primul strat numeri într-o perioadă de 1 an

56

Figura 25. Concentraţia ionilor de nitraţi în al doilea strat numeri într-o perioadă de 1 an

57

Figura 26. Concentraţia ionilor de nitraţi în al treilea strat numeric într-o perioadă de 1 an

58

Figura 27. Concentraţia ionilor de nitraţi în al patrulea strat numeric într-o perioadă de 1 an

7.3.2 Variaţia concentraţiei de nitraţi într-o perioadă de 10 ani în modelul Pădurea Craiului

Valoarea concentraţiilor de nitraţi şi peste 10 ani este ridicat in primul strat de model, deorece am considerat o alimentare continuă cu poluant. Corpul de apă poluată migrează accentuat spre Crişul Repede din direcţia platoului carstic Zece Hotare, unde intensitatea curgerii apei freatice este mai accentuată (Figurile 28-31.).

Pe figuri se evidenţiază că forma corpurilor de apă poluată este mult influenţată de sistemul de falii, ce pătrund zona carstică, adică migrarea acestora este mai intensivă de-a lungul faliilor.

59

Valorile calculate de model arată că dimensiunile corpului de apă poluată devine mult mai mare intr-o perioadă de 10 ani decât într-un an. Dimensiunile acestora poate atinge în zona fisurată 2-2,5 km, unde concentraţia depăşeşte 1 mg/l. Pe baza calculelor actuale concentraţia maximă în primul strat poate ajunge la o valoare de 1750 mg/l, iar în stratul 4. depăşeşte 734 mg/l. După calculele modelului originea conţinutul ionilor de nitraţi în izvoare poate să se situeze la distanţe de ordinul kilometrilor, şi chiar un singur depozit de gunoi poare contamina suprafeţe mari. Izvoarele de pe teritoriul Pădurii Craiului reprezintă surse de alimentare cu apă potabilă pentru oameni şi animale, pentru acesta ar fi indispensabil lichidarea surselor de poluare pentru protecţia calităţii acestora. Apa carstică de aici alimentează şi acviferele nisipoase de mai mare adâncime, astfel ameninţează prin forajele de alimentare cu apă şi alimentarea localităţilor din zonele piemontane. Prin izvoarele care se descarcă în Crişul Repede poate să influenţeze calitatea apelor de suprafaţă, fapt ce deteriorizeză alimentarea cu apă din apele de suprafaţă din bazinul Crişului Repede.

Figura 28. Concentraţia ionilor de nitraţi în primul strat numeric într-o perioadă de 10 ani

60

Figura 29. Concentraţia ionilor de nitraţi în al doilea strat numeric într-o perioadă de 10 ani

61

Figura 30. Concentraţia ionilor de nitraţi în al treilea strat numeric într-o perioadă de 10 ani

62

Figura 30. Concentraţia ionilor de nitraţi în al treilea strat numeric într-o perioadă de 10 ani

63

8 Bibliografie

DOERFLIGER N, ZWAHLEN F (1998): PRACTICAL GUIDE: GROUNDWATER VULNERABILITY MAPPING

IN KARSTIC REGIONS (EPIK). SWISS AGENCY FOR THE ENVIRONMENT, FORESTS AND

LANDSCAPE, BERN

DOERFLIGER N, JEANNIN PY, ZWAHLEN F (1999): WATER VULNERABILITY ASSESSMENT IN KARST

ENVIRONMENTS: A NEW METHOD OF DEFINING PROTECTION AREAS USING A MULTI-ATTRIBUTE

APPROACH AND GIS TOOLS (EPIK METHOD). ENVIRON GEOL 39(2):165–176

GOGU RC, DASSARGUES A (2000) CURRENT TRENDS AND FUTURE CHALLENGES IN

GROUNDWATER VULNERABILITY ASSESSMENT USING OVERLAY AND INDEX METHODS. ENVIRON

GEOL 39(6):549–559

GORAN C. (1982): CATALOGUL SISTEMATIC AL PEŞTERILOR DIN ROMÂNIA. INST. SPEOL. „EMIL

RACOVIŢA”, BUCUREŞTI.

IANOVICI V., BORCOŞ M., BLEAHU M., PATRULIUS D., LUPU M., DUMITRESCU R., SAVU H. (1976):

GEOLOGIA MUNŢILOR APUSENI. ED. ACAD. ROMÂNE, BUCUREŞTI.

IURKIEWICZ A., MITROFAN H. (1984): ON KARRSTIC CAVITIES VERTICAL DISTRIBUTION

REGULARITIES IN SOUTHERN-WESTERN PĂDUREA CRAIULUI MOUNTAINS. THEORETICAL AND

APPLIED KARSTOLOGY 1, 77-82, BUCUREŞTI.

IURKIEWICZ A., MITROFAN H. ( 1997): KARSTIC TERRAINES AND MAJOR KARSTIC SYSTEM IN

ROMANIA. KARST WATER RESOURCES (PROCEDINGS OF THE ANKARA-ANTALYA SYMPOSIUM,

JULY, 1995). A. A. BALKEMA/ ROTTERDAM/ BROOFIELD, 471-478.

KAISER, M., GYALOG, L. (1996): II. A RÉTEGTANI EGYSÉGEK RÖVID LEÍRÁSA. A NEGYEDIDŐSZAKI

RÉTEGTANI EGYSÉGEK. IN: GYALOG L. SZERK.: A FÖLDTANI TÉRKÉPEK JELKULCSA ÉS A

RÉTEGTANI EGYSÉGEK RÖVID LEÍRÁSA. – MAGYAR ÁLLAMI FÖLDTANI INTÉZET ALKALMI

KIADVÁNYA 187, BUDAPEST, PP. 55-63.

64

MANGIN A. (1975): CONTRIBUTION A L’ ETUDE HYDRODYNAMIQUE DES AQUIFERES KARSTIQUES.

THESE DOCT. SCI. NAT. DIJON, IN ANN. SPELEOL., 23, 3, P. 283-332, 29, 4, P. 495-601, 30, 1

P. 21-124.

MARIN C. (1981): CHEMICAL COMPOSITION OF CARBONATE WATERS IN PĂDUREA CRAIULUI

MOUNTAINS. TRAV. INST. SPEOL. „EMILE RACOVITZA” XX, 139-155, BUCUREŞTI.

ORĂŞEANU I., IURKEWICZ A. (1982): PHENOMENES DE CAPTURE KARSTIQUE DANS LA PARTIE

ORIENTALE DES MONTS PĂDUREA CRAIULUI. TRAV. INST. SPEOL . „EMILIE RACOVITZA” XXI,

69-76, BUCUREŞTI.

ORĂŞEANU I. (1985): PARTIAL CAPTURES AND DIFFLUENCE SURFACES. EXAMPLES FROM THE

NORTHERN KARST AREA OF PĂDUREA CRAIULUI MOUNTAINS. THEORETICAL AND APPLIED

KARSTOLOGY 2, 211-216, BUCUREŞTI.

ORĂŞEANU I., IURKEWICZ A.(1987): HYDROGEOLOGICAL KARST SYSTEM IN PĂDUREA CRAIULUI

MOUNTAINS. THEORETICAL AND APPLIED KARSTOLOGY 3, 215-222, BUCUREŞTI.

ORĂŞEANU I. (1991): HYDROGEOLOGICAL MAP OF THE PĂDUREA CRAIULUI MOUNTAINS. SCALEL:

1:50.000. (ROMÂNIA). THEORETICAL AND APPLIED KARSTOLOGY 4, 97-127, BUCUREŞTI.

ORĂŞEANU I., IURKIEWICZ A., (2010): KARST HIDROGEOLOGY OF ROMANIA, ORADEA: BELVEDERE

181-215.

RUSU T. (1988): CARSTUL DIN MUNŢII PĂDUREA CRAIULUI. PE URMELE APELOR SUBTERANE.

EDITURA DACIA, CLUJ-NAPOCA, 254 P.

SMARALD-GSH SRL. (2007): MODELAREA HIDROGEOLOGICĂ A CORPURILOR DE APĂ SUBTERANĂ

TRANSFRONTALIERE UNGARIA-SLOVACI, RAPORT DE CERCETARE

ŢENU A. (1981): ZĂCĂMINTELE DE APE HIPERTERMALE DIN NORD-VESTUL ROMÂNIEI, EDITURA

ACADEMIEI REPUBLICII SOCIALISTE ROMÂNIA, BUCUREŞTI, 11-75

VĂLENAŞ L., IURKEWICZ A. (1980-1981): STUDIUL COMLEX AL CARSTULUI DIN ZONA SUNCUIUŞ-

MIŞID (MUNŢII PĂDUREA CRAIULUI). NYMPHAEA VIII- IX, 311-378, ORADEA.