note de curs hidrologie si oceanografie
Post on 15-Oct-2015
506 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
1
UNIVERSITATEA ,,DUNAREA DE JOS GALAI FACULTATEA DE TIINA I INGINERIA ALIMENTELOR
SPECIALIZAREA: PESCUIT, ACVACULTUR I INDUSTRIALIZAREA PETELUI
HIDROLOGIE SI OCEANOGRAFIE Note de curs
2009
-
Hidrologie
2
1. NOIUNI INTRODUCTIVE
Hidrologia este tiina care studiaz originea, distribuia i caracteristicile apelor
terestre, ea avnd ca obiect general studiul ciclului apei n natur.
Apa reprezint unul din elementele naturale indispensabile existenei lumii vii. Ea
are un rol fundamental n desfurarea proceselor naturale (fizico-chimice, biologice,
climatice, n modelarea reliefului) i a activitilor social-economice, constituind un mijloc
important de comunicaie i de aprare, o materie prim pentru industrie, o surs
apreciat pentru energie, pentru irigarea culturilor, alimentarea populaiei. Este un
adevr de necontestat faptul c pe Pmnt fr ap nu poate exista via.
Etimologic, cuvntul hidrologie deriv din limba greac: hydros = ap i logos =
tiin. Obiectul hidrologiei l constituie studiul diferitelor uniti acvatice (apele
curgtoare, lacurile, mlatinile, depozitele de zpad i ghea) cu fenomenele i
procesele dinamice, fizice i chimice specifice acestor uniti, precum i cu modul de
folosin a apelor pentru diferitele necesiti social-economice. Cu alte cuvinte hidrologia
este tiina apelor sau tiina care studiaz hidrosfera (nveli complex aflat n strns
interaciune cu celelalte: geosfera, atmosfera, litosfera i biosfera) nelegnd tiina care
studiaz aspectele calitative i cantitative ale circuitului apei n natur
Conform dicionarului enciclopedic (The Encyclopaedic Dictionary. Physical
Geography, edited by Andrew Goudie) hidrologia este tiina care studiaz apa sub
diferitele ei forme i existena acestora n natur. Principalele sale preocupri sunt
circulaia i distribuia apei ca o consecin a bilanului apei1 i ciclului hidrologic2.
innd cont de complexitatea structural i funcional a obiectului su de
cercetare, hidrologia poate fi definit mai pe larg ca tiina care studiaz toate tipurile de
uniti acvatice3, din punct de vedere al formrii, circulaiei i distribuiei lor, al
proprietilor fizice i chimice care le caracterizeaz, al proceselor i legilor generale care
acioneaz n hidrosfer, precum i al modalitilor de valorificare a resurselor de ap (I.
Piota).
ntruct are drept obiect de studiu un element al mediului natural, hidrologia este
ncadrat n categoria tiinelor fizico-geografice (permite abordri calitative, utiliznd
metode descriptive, explicative, conceptuale) sau naturale. n acelai timp, prin
metodologiile de investigare, analiz i prelucrare a informaiilor, precum i prin
1 bilan al apei raportul dintre intrrile i ieirile unui sistem acvatic 2 ciclul hidrologic succesiunea fazelor prin care trece apa n sistemul atmosfer - pmnt 3 uniti acvatice ntindere de ap delimitat precis, fie natural prin linia coastei, fie prin construcii hidrotehnice
-
Hidrologie
3
tehnologiile utilizate n acest scop, hidrologia este o tiin inginereasc (permite
abordri cantitative oferind posibilitatea soluionrii numeroaselor aspecte de ordin
practic valorificarea resurselor de ap, protecia lor, reducerea i eliminarea riscurilor
hidrologice etc.).
Datorit obiectului de cercetare foarte vast i diversificat, hidrologia ca tiin a
fost divizat n dou mari domenii: hidrologia uscatului sau hidrologia continental
i hidrologia mrilor i oceanelor. Aceast structurare a fost impus de diferenele
importante dintre caracteristicile, procesele i fenomenele specifice celor dou medii.
Hidrologia continental, care formeaz obiectul nostru de studiu pe parcursul
acestui semestru, cuprinde mai multe subramuri:
1. hidrogeologia se ocup cu cercetarea apelor subterane, n scopul cunoaterii
modalitilor de formare a straturilor acvifere, izvoarelor, a caracteristicilor lor, a
circulaiei apelor subterane, proprietilor hidrogeologice ale rocilor;
2. potamologia (potamos = ru) se ocup cu studiul hidrologic al apelor curgtoare
continentale;
3. limnologia (limnos = lac) studiaz geneza, evoluia i proprietile unitilor acvatice
stttoare, naturale i/sau artificiale;
4. telmatologia are ca obiect de cercetare studiul hidrologic al mlatinilor;
5. glaciologia studiaz rspndirea zpezilor permanente i a ghearilor, geneza i
micarea lor, tipurile de gheari etc.
6. hidrologia interfluviilor se refer la studiul hidrologic al bazinelor hidrografice,
aspect ce a cptat o importan crescut n ultimul timp.
Ca o ramur aparte hidrologiei poate fi considerat gospodrirea apelor4 , care
nglobeaz un ansamblu de aciuni menite s conduc, n principal, la: cunoaterea
caracteristicilor cantitative i calitative ale unitilor acvatice; conservarea, dezvoltarea i
protecia fondului acvatic; prevenirea i combaterea efectelor distructive ale apelor.
Hidrologia mrilor i oceanelor sau oceanologia, s-a desprins ca o disciplin de
sine-stttoare studiind procesele hidrologice ale apelor oceanului planetar, problemel de
evoluie ale zonelor de litoral sub influena mediului marin precum i ale interaciunii
dintre ocean i atmosfer i consecinele acesteia.
Direcii principale de studiu
1. hidrografia se ocup cu descrierea apelor continentale, (situaie geografic,
caracteristici morfologice, morfometrice, regimul nivelurilor sau al debitelor);
2. hidrometria se ocup cu metodica observaiilor i msurtorilor n toate categoriile
de ape, organizarea posturilor i staiilor hidrometrice din reeaua de ruri, lacuri,
4 gospodrirea apelor activitate care are ca obiect valorificarea resurselor de ap, aprarea mpotriva efectelor duntoare ale apelor i protecia acestora, n conformitate cu cerinele populaiei i tuturor ramurilor economice.
-
Hidrologie
4
mlatini ale unui teritoriu, cu metodele i procedeele de msurare i prelucrare a
elementelor hidrologice (niveluri, debite lichide i solide, temperatura, chimismul
apelor etc.);
3. Cu ajutorul datelor furnizate de hidrografie i hidrometrie, hidrologia poate deveni
aplicat, capitol care se refer la calcule, sinteze i prognoze hidrologice ca finalitate
practic.
Pentru cei mai muli dintre noi, apa este un corp incolor, inodor i insipid. Aceast
definiie, nsuit nc din copilrie, las o impresie de banalitate. Ca urmare a
caracteristicilor sale, apa este o substan extraordinar. Dac Terra este un organism,
apa joac rolul sngelui.
n condiiile societii actuale, apa joac un rol de prim importan n economia i
bugetul oricrei ri. Ca urmare a locului ocupat pentru societatea actual, aceast
substan trebuie foarte bine manageriat.
Hidrologia, n cadrul tiinelor geografice, ocup un rol foarte important, fiind
considerat tiin fundamental. n acest context trebuie acordat o atenie deosebit
fenomenelor hidrologice cu implicaii majore asupra mediului nconjurtor. Apa, ca agent
cu mobilitate ridicat, trebuie studiat cub toate formele sale de agregare.
In cursul de fa importana cea mai mare este acordat apelor curgtoare (ruri) i
stttoare (lacuri), deoarece acestea contribuie cu cele mai mari cantiti n circuitul
economiei generale. Un loc foarte important l ocup i studiul gurilor de vrsare (estuare i
delte). O problem foarte important se refer i la subiectul legat de poluarea apelor, mai
ales a celor utilizate n alimentarea populaiei.
Metode de cercetare n hidrologie
n cercetarea hidrologic sunt utilizate diferite metode, multe dintre ele fiind
folosite i de alte tiine ale naturii. Dintre cele specifice hidrologiei se remarc: metoda
staionar, metoda expediionar i metoda experimental.
Metoda staionar (la posturile hidrometrice) const n observaii i
msurtori dup un anumit program, la posturile hidrometrice, asupra variaiilor de nivel,
a debitelor de ap, a debitelor de aluviuni, asupra temperaturii, transparenei, culorii
apei, a reziduului fix5, datele obinute pe baza unor observaii regulate, pe intervale mari
de timp, servesc, la realizarea de sinteze i generalizri ale unor parametrii de ordin
hidrologic i permit desprinderesa unor legiti n manifestarea diferitelor fenomene i
procese hidrologice. n ara noastr, primul post hidrometric a fost nfiinat n anul 1838
la Orova, fiind urmat de a
Metoda expediionar este folosit pentru regiunile greu accesibile, unde nu se
pot instala posturi hidrometrice fixe pentru executarea unor msurtori i observaii
5 rezidiuu fix totalitatea srurilor dizolvate n ap, exprimat n mg/l
-
Hidrologie
5
regulate (zilnice, lunare sau sezoniere). Observaiile expediionare se desfoar pe baza
unui plan itinerant n care se are n vedere att executarea de msurtori pentru
obinerea unor date cantitative de ordin hidrologic, ct i efectuarea de observaii
comparative cu scop aplicativ. Prin observaii expediionare avem posibilitatea s
efectum o analiz asupra principalilor parametri hidrologici (debite, viteza apelor, indici
morfometrici, temperatur, salinitate) i totodat s realizm o sintez asupra
eventualelor prognoze hidrologice.
Metoda experimental ne permite s redm un fenomen oarecare din natur, la
o anumit scar, n condiii de laborator n ideea de a se putea analiza sau simula modul
n care acioneaz diferitele procese naturale (de exemplu, de eroziune i acumulare)
asupra unei uniti acvatice, obinndu-se concluzii i soluii ntr-un timp mult mai scurt.
Fr ndoial, metoda de baz este metoda staionar care prin irul lung de
observaii i msurtori, efectuate n acelai punct, poate conduce la date i concluzii
mult mai apropiate de adevr.
-
Hidrologie
6
2. CIRCUITUL I BILANUL APEI N NATUR
Distributia apei la nivelul globului
Rezerva mondiala de apa este de 1.386 milioane km3 de apa, peste 96% fiind apa
srat. Mai departe, din totalul de apa dulce, peste 68% este blocata in gheata si gheari,
iar 30% din apa dulce sunt prezente in subteran (fig.1, tab.1). Sursele de apa dulce de
suprafaa, cum ar fi rurile si lacurile, nsumeaz doar 93.100 km3, care reprezint
aproximativ 1/150 dintr-un procent din totalul de apa. Apa dulce este relativ rar pe
suprafaa Pmntului. Doar 3% din cantitatea totala de apa de pe Pmnt este apa
dulce, iar apa dulce din lacuri si mlatini nsumeaz doar 0,29% din cantitatea totala de
apa dulce a globului. 20% din cantitatea de apa dulce se afla intr-un singur lac, Lacul
Baikal din Asia. Alte 20 de procente se afla in Marile Lacuri (Huron, Michigan, Superior).
In ruri regsim doar 0,006% din resursele de apa dulce existente. Se poate constata ca
viata pe Pmnt rezista cu ceea ce putem spune ca este doar "o pictur n gleata" cu
rezervele totale de apa ale Pmntului. Totui, rurile si lacurile reprezint sursele
principale pentru apa folosita zilnic de oameni (fig.1, tab.1).
Apa este cea mai important resurs a Terrei. n societatea actual este
considerat o resurs fundamental deoarece st la baza tuturor activitilor umane.
n unele domenii ale hidrosferei ea nu se gsete n stare pur. Conine numeroase
substane solubile ceea ce-i confer calitatea de mediu hrnitor pentru diverse
organisme, ele nsele reprezentnd o alt surs natural (fig. 2). n soluie sau suspensie
se gsesc, de asemenea, i o serie de substane minerale.
Utilizarea apei de ctre om este foarte variat deoarece proprietile pe care le
deine aceasta sunt i ele diverse. Prezena apei este o condiie indispensabil apariiei i
Fig. 1. O estimare a distributiei apei pe glob. Sursa: Institutul Naional de
Hidrologie si Gospodrire a Apelor/U.S. Geological Survey, http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycleromanian.html
-
Hidrologie
7
dezvoltrii vieii. Apa este elementul de prim importan n dezvoltarea industriei,
agriculturii i transportului.
Tabel 1. Distribuia apei pe glob (estimare).
Sursa: Water resources. In Encyclopedia of Climate and Weather, 1996, editata de S. H.
Schneider, Oxford University Press, New York, vol. 2, pp.817-823
Sursa de apa Volumul apei in
km3 Procentul din totalul
de apa dulce Procentul din totalul de apa
Oceane, mari si golfuri 1,338,000,000 - 96.5
Calote glaciare, Ghetari si zapada permanenta
24,064,000 68.7 1.74
Apa subterana 23,400,000 - 1.7
Dulce 10,530,000 30.1 0.76
Sarata 12,870,000 - 0.94
Umiditatea din sol 16,500 0.05 0.001
Gheata permanenta si nepermanenta din sol
300,000 0.86 0.022
Lacuri 176,400 - 0.013
cu apa duce 91,000 0.26 0.007
cu apa sarata 85,400 - 0.006
Atmosfera 12,900 0.04 0.001
Apa din mlastini 11,470 0.03 0.0008
Rauri 2,120 0.006 0.0002
Apa biologica 1,120 0.003 0.0001
Total 1,386,000,000 - 100
Cu toate c apele oceanice sunt cele care dein ntietatea ca volum i
suprafa, cele mai importante, din punct de vedere economic, sunt cele
continentale. Apele dulci sunt folosite pentru satisfacerea trebuinelor fiziologice, n
industrie i agricultur. Sunt i ape continentale srate, cantonate, mai ales, n
lacuri, sau cele care ies sub forma unor izvoare; acestea sunt folosite ori pentru
Om 65% Hering 67% Crustacee 79% Meduz 95/.
Fig. 2. Concentraia de ap pentru diferite organisme (Thurman, 1988)
-
Hidrologie
8
transport, pentru extragerea srurilor sau n tratarea unor boli. Apa dulce, existent
pe continente, nu este uniform repartizat.
Rspndirea apei i uscatului pe Terra nu este uniform, mai ales n ceea ce
privete repartiia acestora n cele dou emisfere. Apa, dac ar fi uniform repartizat
pe suprafaa Terrei, ar deine o grosime de 2 853 m. Volumul su ar ncpea ntr-un
cub cu latura de 1 133 km (fig.3). Cea mai mare parte a uscatului se gsete n
emisfera nordic, unde apele acesteia ocup 53%, iar suprafaa uscatului 47%
(Vanney, 1991); n emisfera sudic apa ocup 89%, n timp ce uscatul deine doar
11% (Fig.4).
Din volumul total, cele mai mari proporii sunt deinute de apele subterane i
calotele glaciare. Apa cantonat n ghearii montani i calotele glaciare nsumeaz
un volum de 24.000.000 km3 (tab.1). Cea mai mare proporie o deine Antarctida cu
21.000.000 km3, dup care urmeaz Groenlanda i mai apoi, la mare distan,
ghearii montani. Importana lor se leag de volumul apreciabil de ap rezultat n
perioada de topire deoarece constituie sursa de alimentare a unor ruri. Exist
preocupri n direcia gsirii unor metode eficace pentru utilizarea icebergurilor.
Fig. 4. Repartiia continentelor i oceanelor (Vanney, 1998)
Fig. 3. Echivalenele bogiei de ape ale Terrei:
a-grosimea unui strat uniform de ap pe suprafaa planetei; b-un rezervor de form cubic (Diaconu, 1988)
-
Hidrologie
9
Apa provenit din topirea lor ar putea reprezenta o surs pentru alimentarea
casnic, dar i pentru irigaii n zonele secetoase din apropierea litoralului.
Tabel 2. Bugetul mediu anual al apelor continentale
(Lvovici, 1979 citat de Hornberger et al., 1998)
Continent Suprafaa k 2
Precipitaii
Scurgere
Evapotranspirai
Coeficient de Africa 30,3*106 690 140 550 0,20
Asia 45* IO6 720 290 430 0,40
Australia 8,7*106 740 230 510 0,31
Europa 9,8*106 730 320 410 0,44
America de Nord 20,7*106 670 290 380 0,43
America de Sud 17,8*106 1650 590 1060 0,36
Apele curgtoare reprezint una din prile cele mai reduse ale apelor dulci.
Cu toate acestea, omul le folosete din cele mai vechi timpuri. n fiecare an Oceanul
Planetar primete cea. 1.200 km3 de ap provenit din ruri. Participarea reelei
hidrografice difer de la un continent la altul, n funcie de o serie de factori.
Existena unor organisme fluviale bine dezvoltate n cadrul Asiei (9 din cele 16 fluvii
cu un debit anual de peste 10.000 m3/s) situeaz acest continent pe primul loc (30,7%),
dup care urmeaz America de Sud (25,3%), America de Nord (17,6%), Africa (9,7%),
Europa (6,8%), Australia i Oceania (5%) i Antarctida (4,9%). Dup disponibilul de ap
dulce pe locuitor, situaia este cu totul alta: Australia i Oceania, care se situeaz pe ultimul
loc (ntre continentele locuite) la volumul de ap scurs, de data aceasta ocup primul loc cu
peste 106.727 m3/loc/an; urmeaz n ordine: America de Sud (50.256 m3/loc/an), America
de Nord (22.222 m3/loc/an), Africa (10.020 m3/loc/an), Asia (5.743 m3/loc/an) i pe ultimul
loc Europa (5.302 m3/loc/an). Media mondial pe locuitor este de 10.804 m3/loc/an.
Cu toate acestea, chiar n
cadrul continentelor, apar
diferenieri foarte mari, sau chiar
n cadrul aceleiai ri
(Australia, America de Sud,
Africa, America de Nord etc.). n
acest sens se pot cita deerturile
Sahara i Kalahari din Africa,
deserturile centrale din Australia,
deertul Atacam i Podiul
Patagoniei din America de Sud,
Podiul Mexicului i Podiul
Marelui Bazin din America de Nord care sunt departe de indicele mediu continental al
disponibilului de ap.
Fig. 5. Resursele de ap ale Terrei raportate la numrul de
locuitori (Ressources mondiales, 1992)
-
Hidrologie
10
Continentul Europa are cel mai mare disponibil de ap dulce pe locuitor n sectorul
vestic al Peninsulei Scandinave, unde valoarea acestui indice este de peste 12 ori mai mare
dect media continental. Media mai este depit doar de Europa Nordic i Estic, n
regiunea muntoas nalt a lanului alpino-carpato-balcanic i n unele sectoare ale Europei
Occidentale. Valori apropiate de media continental se gsesc n unele sectoare ale Europei
Vestice, peninsulele Iberic i Italic. Valorile cele mai mici (de dou-trei ori mai sczute)
sunt specifice Europei Centrale; acest din urm caz nu se explic prin lipsa resurselor de
ap, ci prin concentrarea masiv de locuitori, unde densitile depesc adesea
valoarea de 200-300 loc/km2. Pe ri, Norvegia are cel mai mare disponibil de ap
dulce pe locuitor, n timp .ce Ungaria se situeaz pe ultimul loc.
Resursele de ap ale rurilor din Romnia sunt estimate la 37.000.000.000 m3/
an, ceea ce nseamn c valoarea indicelui de disponibilitate pe locuitor este de
cca. 1.650 m3. Realitatea demonstreaz c procentul crete de 5 ori deoarece pe
teritoriul Romniei trece i Dunrea, care are un debit mediu anual la intrarea n ar
de 5.300 m3/s (170.000.000.000 m3 /an). Necesarul de ap n Romnia a crescut de
la un total de 1,4 km3 n 1950 la 43 km3 n 2000 (tab.3). n aceeai perioad,
furnizarea apei potabile a fost de 113 mil. m3/an n 1950 i de 2,5 mld. m3/an n
1987.
Tabel 3. Dinamica necesarului de ap din Romnia (Zvoianu, 1993)
Anul Total km3 Din ape Din Dunre Din ruri
1950 1,4 0,15 0,25 1,0
1955 1,0 0,21 0,29 1,5
1960 2,6 0,36 0,34 1,9
1965 4,7 0,50 1,70 2,5
1970 9,1 1,00 4,60 3,5
1975 14,4 1,20 6,20 7,0
1980 20,0 2,10 9,10 8,8
1985 22,0 2,40 10,50 9,1
1990 36,0 L 3,20 18,80 14,0
2000 43,0 4,50 19,50 19,0
Se apreciaz c Romania are o suprafata de 237.391 Km2 si o populatie de cca.
21.794.793 locuitori si se afla in proportie de 97,4% in bazinul Dunarii, ceea ce
reprezinta 29% din suprafata acestuia. Principalele unitati de relief de pe teritoriul
Romaniei sunt armonios echilibrate: 31% reprezinta muntii, 36 % dealurile si podisurile
si 33 % campiile. Climatul este temperat continental, temperatura medie variaza intre
-
Hidrologie
11
+11C pe litoral si -4C in Muntii Carpati iar precipitatiile medii anuale variaza intre 400
mm/an in Dobrogea si 1400 mm/an pe culmile inalte ale muntilor Carpati.
Romnia dispune de o retea hidrografica cu o lungime de 78.905 km. Resursele
de apa din rurile interioare sunt de 40 miliarde m3, ceea ce reprezinta 20% din
resursele de apa ale fluviului Dunarea.
Romnia are o resursa specifica din rurile interioare de 1.840 m3/loc.an si, din
acest punct de vedere, ocupa locul 13 in Europa.
Pe teritoriul tarii noastre se afla cursurile superioare si mijlocii ale unui numar
important de ruri care traverseaza frontiera de stat, iar rurile Tisa, Prut si Dunare
formeaza o parte a frontierei Romniei.
Resursele de ap ale Romniei sunt constituite din apele de suprafa ruri,
lacuri, fluviul Dunrea i ape subterane. La nivelul anului 2005, aceste resurse de ap
(poteniale i tehnic utililizabile) prezentau urmtoarea distribuie:
Sursa de ap Indicator de caracterizare
Total mii.mc.
A. Ruri interioare
Resursa teoretic 40.000.000
Resursa existent potrivit gradului de amenajare a bazinelor hidrografice 13.805.691
Cerina de ap a folosinelor, potrivit capacitilor de captare aflate n funciune
3.721.291
B. Dunre (direct)
Resursa teoretic (n seciunea de intrare n ar) 85.000.000
Resursa utilizabil n regim actual de amenajare ** 20.000.000
Cerina de ap a folosinelor potrivit capacitilor de captare aflate n funciune*
3.189.694
C. Subteran
Resursa teoretic, din care: 9.600.000
- ape freatice 4.700.000
- ape de adncime 4.900.000
Resursa utilizabil 6.592.310
Cerina de ap a folosinelor potrivit capacitilor de captare n funciune 833.051
TOTAL RESURSE
Resursa teoretic 134.600.000
Resursa existent potrivit gradului de amenajare a bazinelor hidrografice 40.398.001
Gospodarirea apelor in Romnia are o lunga traditie, gospodarirea pe bazine
hidrografice realizandu-se din anul 1959.
-
Hidrologie
12
Fluviul Dunarea, al carui parcurs pe teritoriul Romniei este de 37,7% din
lungimea sa, este colectorul si emisarul catre Marea Neagra a tuturor evacuarilor din
tarile riverane din amonte, afectnd calitatea apelor Deltei Dunarii, dar si zona costiera a
Marii Negre
* * *
Circuitul apei nu are un punct fix, clar de plecare, dar putem sa ncepem cu
oceanele. Soarele, care este "motorul" circuitului apei, nclzete apa din oceane, care se
evapora ajungnd in aer sub forma de vapori. Cureni de aer ascendeni transporta
vaporii in atmosfera, unde temperaturile mai sczute determina condensarea vaporilor
sub forma de nori. Curenii de aer deplaseaz norii pe tot globul, particule de nor se
ciocnesc, cresc in dimensiuni si cad sub forma de precipitaii. O parte a precipitaiilor
cade sub forma de zpad si se poate acumula in calote glaciare si gheari. Zpada aflat
in zone cu o clima mai blnd se topete cnd vine primvara, iar apa rezultata se scurge
pe suprafaa solului, ca scurgere nival. Cea mai mare parte a precipitaiilor cade napoi
in oceane sau pe sol, unde, datorita gravitaiei se scurge in continuare pe suprafaa
solului ca scurgere de suprafaa. O parte din aceasta scurgere de suprafaa intra in albia
rurilor, curentul de apa deplasndu-se ctre oceane. Scurgerea de suprafaa si
exfiltraiile din apa subterana, se acumuleaz ca apa in lacuri si ruri. Totui nu toata apa
provenita din scurgere ajunge in ruri. O mare parte a acesteia se infiltreaz in sol. O
parte din aceasta apa rmne in apropierea suprafeei solului si se poate infiltra napoi in
corpurile de apa de suprafaa (si in ocean) sub forma de scurgere de apa subterana
(descrcare acvifer). O parte din apa subterana gsete fisuri in suprafaa pmntului i
iese la suprafa sub forma de izvoare cu apa dulce. Apa din acviferul freatic (apa
subterana de adncime mic) este asimilata de rdcinile plantelor si se ntoarce napoi
in atmosfera prin evapotranspiraia de pe suprafaa frunzelor. O alta parte a apei
infiltrate in pmnt ajunge la adncimi mai mari si remprospteaz acviferele de
adncime (zona subterana saturata), care nmagazineaz cantiti imense de apa dulce
pe perioade ndelungate. Totui, n timp, aceasta apa se deplaseaz, o parte urmnd s
reintre in ocean, unde circuitul apei "se termina". i "rencepe".
Institutul de Cadastru Geologic din Statele Unite (U.S. Geological Survey - USGS)
a identificat 15 componente ale circuitului apei:
1. Apa inmagazinata in oceane 2. Evaporare 3. Apa din atmosfera 4. Condensare 5. Precipitaii 6. Apa inmagazinata in gheata si zapada 7. Scurgerea de apa provenita din topirea zapezii in rauri 8. Scurgerea de suprafata 9. Scurgerea apei prin albia raurilor 10. Apa inmagazinata in rauri si lacuri (apa dulce) 11. Infiltraie
-
Hidrologie
13
12. Descrcare acvifer (scurgerea de ap subteran) 13. Izvoare 14. Transpiraie 15. Apa nmagazinat n acvifer
n fiecare moment Soarele nclzete o parte a continentelor i oceanelor
datorit energiei calorice pe care o trimite pe Pmnt. Variaiile termice sunt provocate
de micarea de revoluie, micarea de rotaie i sfericitatea Terrei. Soarele provoac
astfel o transformare nencetat a apei lichide i solide n vapori. Procesele sunt
nsoite de un anumit consum energetic. Acetia din urm, transportai de vnt,
circul nestnjenii n atmosfer. Atunci cnd o mas de aer umed se rcete, vaporii
pe care-i conine se condenseaz i formeaz norii. Picturile de ap de dimensiuni
microscopice, care alctuiesc formaiunile noroase, se agreg n picturi din ce n ce
mai mari pn cad pe pmnt sub form de ploaie. n timpul iernii, n apropierea polilor
sau la altitudini ridicate, formaiunile noroase sunt alctuite din cristale de ghea
care cad sub form de zpad. Stabilitatea climatic este n funcie de factorii
generali i locali: uscat-ap, covor vegetal, vnturi, albedo etc. Ploaia i zpada se
transform apoi n cursuri de ap sau pot alimenta, prin intermediul infiltraiilor,
pnzele subterane. Apele pot stagna un timp n lacurile sau rezervoarele create de
om, dar mai devreme sau mai trziu, ele ajung tot n mare. Acestea sunt, pe scurt,
marile etape ale ciclului apei n natur.
Fig. 6. Circuitul apei n natur
Sursa (Institutul Naional de Hidrologie si Gospodrire a Apelor/U.S. Geological Survey, http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycleromanian.html)
-
Hidrologie
14
Problema de baz n cadrul bilanului hidrologic este partajarea apei care cade
sub form de precipitaii, pe de o parte, apoi evacuarea i scurgerea, pe de alt parte.
Prima ecuaie general a bilanului hidrologic aparine lui Perrault (1674):
P = E + Q,
unde:
P = ploaie;
E = evaporare i transpiraie;
Q = scurgere.
Dac aceast ecuaie este valabil la scar global, nu poate fi real pe un ecart
de timp scurt. Exist o stare latent ntre momentul cderii ploii pe sol i cel al
reapariiei n ciclul hidrologic sub forma evaporrii sau scurgerii. Formula
operaional a bilanului hidrologic trebuie s in cont de variaiile sezoniere. n
acest caz ecuaia practic valabil n orice spaiu devine:
P = E + Q + R,
unde:
R = variaia rezervelor n ap. Rezervele n ap conin, pe de o parte, apa
prezent n partea superioar a solului, care asigur alimentarea cu ap a vegetaiei
("rezerva hidric", Ru), i pe de alt parte rezerva hidrologic (Rh), care asigur
scurgerea (Cosandey, Robinson, 2000).
ntruct volumul total de ap de pe uscat, suprafee oceanice i atmosfer este
constant, doar distribuia sa spaial la momente diferite este variabil, procesul
circulaiei apei se consider ca un sistem nchis, motiv pentru care se mai numete i
ciclu hidrologic (erban et al, 1989).
Fig. 7. Ciclul global anual al apei (Vladimirescu, 1978)
-
Hidrologie
15
Modul de circulaie a apei n ciclul global, ct i procentele afectate diferitelor
spaii, se efectueaz n felul urmtor (fig.7):
1. Evaporri din cadrul hidrosferei Eo = 84%;
2. Precipitaii n spaiul hidrosferei Po = 77%;
3. Evaporri din spaiul litosferei, zona umed Elu = 10%;
4. Precipitaii n spaiul litosferei, zona umed Plu = 17%;
5. Evaporri din spaiul litosferei, zona arid E2u = 6%;
6. Precipitaii n spaiul litosferei, zona arid P2u = 6%;
7. Vapori transportai de curenii de aer din hidrosfer n litosfer 9%;
8. Vapori transportai din zona umed n zona arid 2%;
9. Vapori transportai din zona arid n hidrosfer 2%.
Prin circulaia ei n natur, apa efectueaz un sistem de circuite, din care dou
locale mai importante: local oceanic (sau oceanic) i local continental (sau hidrologic).
Fig.8. Diferitele faze ale bilanului apei n decursul anului hidrologic:
a-sfritul verii; b-nceputul iernii; c, d - reconstituirea rezervei hidrologice (Rh)
(Cosandey, Robinson, 2000)
-
Hidrologie
16
Prin evaporare, apa de pe suprafaa oceanelor se va ridica n atmosfer unde,
prin condensare, va precipita i sub influena gravitaiei, cea mai mare parte a ei, se
va rentoarce n oceane: acesta este circuitul local oceanic (fig. 9). De pe suprafaa
Oceanului Planetar se evapor anual cca.447.900 km3 (448.000) de ap din care
411.600 km3 se rentorc n ocean, n timp ce 36.300 km3 (37.000) sunt transportai de
curenii de aer deasupra continentelor.
Fenomenul descris se repet i deasupra suprafeelor de uscat, cu deosebirea
c aici procesul evaporaiei este complicat de neomogenitatea suprafeelor
continentale precum i de modul diferit de nclzire i de rcire a uscatului fa de
ocean. Fenomenul se repet la scar continental determinnd apariia circuitului local
continental (fig. 9) De pe suprafaa continentelor se ridic anual 63.000 km3 (72.000)
ap, n timp ce cantitatea de precipitaii czut pe aceeai suprafa este mult mai
mare, i anume de 99.300 km3 (109.000); diferena de 36.300 km3 provine din
vaporii transportai de curenii de aer de deasupra oceanelor.
Dup ce ajunge la suprafaa uscatului, apa provenit din precipitaii (99.300.
km3, adic 63.000 km3 evaporare de pe continente + 36.300 km3 ap adus de pe
oceane) urmeaz ci diferite: o parte (35.000 km3) se scurge n Oceanul Planetar,
constituind astfel procesul scurgerii de suprafa sau scurgerea superficial (S); o alt
parte se infiltreaz n scoara terestr (1.300 km3) unde ntlnete un strat
impermeabil nclinat, curge prin porii rocilor n direcia nclinrii suratelor, constituind
acumularea i scurgerea subteran care, uneori ajunge pn la oceane i mri; o alt
parte se evapor (Eu= 63.000 km3). Astfel, prin intermediul scurgerii de suprafa i a
celei subterane, apele se ntorc din nou n ocean: acesta este circuitul universal sau
Fig. 9. Schema circuitelor locale: Zo = apa evaporat de pe
suprafaa oceanelor; Zc=apa evaporat de pe suprafaa continentelor; Xo = precipitaiile czute pe suprafaa
oceanelor; Xc=precip1taiile czute pe suprafaa uscatului (Buta, 1983)
-
Hidrologie
17
Fig.10. Diagrama moleculei
apei n stare lichid
mare al apei. El este mult mai complex dect cele locale, cuprinzndu-le i pe
acestea.
Proprietile generale ale apei
Apa sau oxidul de hidrogen (H2O) se afl rspndit n natur sub cele trei
forme de agregare: vapori, solid, lichid.
Molecula apei i structura ei. Compoziia procentual a apei: 88,89% oxigen i 11,11% hidrogen. Reacia de formare a apei din cele dou elemente se petrece cu
o mare degajare de cldur (reacie exoterm):
H2 + 1/2 O2 = H2O +68,4 Kcal.
Masa molecular a apei este egal cu suma maselor atomice ale
componentelor. Dac masa atomic a hidrogenului este 1, iar a oxigenului 16, rezult
c masa molecular a apei este 18. Molecula apei are o form angular; unghiul
format din dreptele care unesc atomii de hidrogen cu atomul de oxigen, este de
104,5;n stare natural apa nu este o substan pur ci o soluie care conine un
amestec de substane solide i gazoase pe care le dizolv n contact cu rocile i aerul.
Proprietile organoleptice. Aprecierea acestor proprieti se face cu ajutorul simurilor: gustul i mirosul.
Gustul apei.n stare natural apa este lipsit de gust;
datorit amestecului pe care-1 conine, apa are totui
gust care poate fi definit prin:
plcut - cnd conine cantiti reduse de Ca, Mg, CO2;
neplcut - concentraii mari de substane dizolvate; dulceag - cantiti mari de substane organice; srat - concentraii mari de NaCl; amar - prezena MgSO (sarea amar);
acru - prezena alaunilor (sruri de potasiu); slciu - srcirea n sruri minerale; gust nedefinit. Mirosul apei n stare natural apa nu are miros. Acesta se determin numai
pentru apa nefiart i se apreciaz cu:
lipsete; sttut; de putrefacie. Mirosul se poate datora substanelor n descompunere sau microorganismelor vii (alge,
protozoare etc.) sau prezenei unor substane chimice provenite din apa uzat sau
industrial (fenoli, crezoli etc).
Proprietile fizice ale apei n stare lichid
-
Hidrologie
18
Temperatura. Este un factor influenat de mediul nconjurtor i se modific
odat cu temperatura aerului. Aceasta variaz de la 0C n regiunile cu temperaturi
coborte tot timpul anului, pn la valori ridicate n zonele vulcanice sau cu alimentare
din ape termale. Moleculele de ap pot fi dispuse diferit n funcie de temperatur (fig.11).
Temperatura variaz i n funcie de latitudine (mai
ridicat la ecuator i mai cobort la poli), altitudine
(media de coborre este de 6,4C la 1.000 m, adic
0,6C la 100 m), cu expoziia bazinelor hidrografice,
valabil mai ales pentru apele superficiale (mai mari
pe versanii sudici, adic pe "faa muntelui", dect
pe cei nordici, adic pe "dosul muntelui"), cu
adncimea (chiar i apele subterane sunt supuse
unor variaii diurne i periodice pn la o anumit
adncime, de unde aceasta rmne constant i egal
cu temperatura medie anual a locului respectiv; zona
n cauz se numete neutr. Sub aceast zon temperatura crete cu 1C pentru fiecare 33 m
adncime - treapt geotermic normal, sau cu 1C pentru adncimi mai mari de 33 m -
treapt geotermic anormal).
Totodat, regimul termic al apelor este condiionat de categoria i specificul lor:
curgtoare, stttoare etc. Apele curgtoare sunt mai reci dect cele curgtoare.
Apele Oceanului Planetar nmagazineaz lent mari cantiti de cldur, pe care le
degaj treptat, fr o scdere drastic a temperaturii. Extremele de la suprafaa
oceanului oscileaz ntre -2C n apele polare i 34-40C n Marea Roie i Golful
Arabo-Persic.
n adncime, temperaturile coboar de la suprafa pn la cca.500m unde
se nregistreaz 5C; de la aceast valoare temperatura se pstreaz cam la aceeai
limit pn la cele mai mari adncimi.
Culoarea. Apa este incolor doar n strat subire; cnd el depete 6 cm
grosime are un aspect albstrui. Existena culorii se datoreaz unor substane
dizolvate (compui ai manganului, oxizi fenici, acizi humici etc).
Pentru exprimarea culorii apei se folosesc urmtoarele calificative:
incolor; slab glbuie; glbuie; cafenie; albastr; lptoas.
Fig.11. Dispoziia moleculelor
de ap n funcie de
temperatur
-
Hidrologie
19
Prezena srurilor acide de fier dau o culoare verde-glbuie, a clorurilor o culoare
albstruie, a substanelor humice o culoare glbuie pn la cafenie etc.
Stabilirea culorii se face prin
comparaie cu o scar colorimetric
etalon alctuit din clorur de
platin i cobalt ntr-o anumit
proporie.
Transparena. Aceasta
reprezint grosimea stratului de ap
exprimat n centimetri, prin care se
poate distinge, n anumite condiii de
iluminare, conturul unui obiect.
Valoarea transparenei se
determin prin scufundarea n ap a
unui disc special (discul Secchi) i
msurarea adncimii de la care acesta
nu se mai poate distinge.
Transparena este n funcie direct cu turbiditatea. Radiaiile solare, potrivit lungimii
de und, ptrund n ap la adncimi diferite (fig.12).
Turbiditatea. Reprezint concentraia suspensiei de silice (SiO2) fin dispersat n ap;
se exprim n miligrame pe litru (mg/l). Aprecierea turbiditii se face comparativ cu soluia
etalon, n scara silicei (1 mg silice fin dispersat la 1 litru ap distilat reprezint 1 grad
turbiditate). Turbiditatea este n funcie de cantitatea substanelor minerale dizolvate i de
prezena sau lipsa substanelor organice.
Conductibilitalea electric. Reprezint proprietatea apei de a conduce electricitate;
apa pur este foarte slab conductoare de electricitate; apa natural, cu un anumit coninut
de sruri dizolvate, este bun
conductoare de electricitate.
Conductibilitatea electric se
determin, de obicei, prin
msurarea rezistivitii. Unitatea de
msur a conductivitii specifice
este (-1 x cm -1). Pentru apa
obinuit conductibilitatea specific
poate varia de la 33*10-5 la 1,3 -
3(-1xcm-1), iar pentru apa pur de
4*10 -8 (.-1 x cm -1).
Densitatea. Reprezint raportul
Fig.12. Ptrunderea radiaiilor solare n ap
Fig.13. Variaia densitii apei n funcie de temperatur
-
Hidrologie
20
dintre mas i volum, la presiunea de 1 atm. i temperatura de 4C i este egal cu unitatea (1
g/cm3; 1 kg/l).
Densitatea apei lichide crete de la 0C la 4C, cnd atinge valoarea maxim, dup care
coboar.
Tabel 4. Densitatea apei pure la diferite temperaturi
Temperatura C Starea Densitatea kg/m-3 -2 Solid 917,2 0 Solid 917,0 0 Lichid 999,8 4 Lichid 1000,0 10 Lichid 999,7 25 Lichid 997,1
Vscozitatea. Reprezint
rezistena la curgere datorat frecrii
interioare. Mai este denumit i
vscozitate dinamic (); aceasta
variaz odat cu temperatura avnd la
20C o valoare egal cu 1 centipoise,
care la rndu-i reprezint a suta parte
dintr-un poise (dup numele lui
Poiseuille).
Proprietile fizice ale apei n stare solid
Denumirea generic a apei n stare solid este aceea de ghea. Ea cristalizeaz n
sistemul hexagonal i prezint urmtoarele caracteristici:
punct de topire: 0C la presiunea de 760 mm Hg.; masa specific; 0,917 g/cm3;
cldura latent de topire a gheii i ngheare a apei:
79,55 kcal/kg;
cldura specific sub presiune constant: 0,5 kcal/kg/grad;
rezistena la rupere prin compresiune: 35 kg/cm2;
rezistena la rupere prin ncovoiere: 20 kg/cm2;
rezistena la forfecare: 10 kg/cm2;
Apa n stare solid poate cpta
diferite forme: chiciur, brum,
zpad, ghea.
Fig. 14. Variaia vscozitii n funcie de temperatur
Fig.15. Variaia presiunii vaporilor de ap n funcie de
temperatur
-
Hidrologie
21
Apa n stare de vapori
Apa se transform n vapori la temperatura de 100C i presiunea de 760 mm Hg.;
procesul are loc cu absorbie de cldur egal cu 539 kcal/kg ap. Volumul vaporilor
rezultat esle de 1.651 ori mai mare dect cel corespunztor masei lichide. Presiunea
vaporilor de ap crete cu temperatura. n stare de vapori apa reduce transparena aerului i
procesul evaporaiei. Gheaa, apa i vaporii pot coexista n echilibru doar la presiunea de
4,6 mm Hg i temperatura de =0,007C.
Proprietile chimice
Utilizarea apei pe scar industrial i consum casnic este n funcie de proprietile sale
chimice.
Reziduu fix. Reprezint totalitatea substanelor solide, minerale i organice, existente n ap.
Acesta se obine prin nclzirea apei la temperatura de 104,5C n momentul cnd se
realizeaz evaporarea complet (se exprim n mg/l).
Duritatea apei Reprezint coninutul de sruri de magneziu i calciu existent n
soluie. Aceste sruri pot fi carbonai, sulfai, cloruri. Se exprim n grade de duritate
germane, franceze, engleze.
Duritatea apei variaz n timp i spaiu n funcie de aciunea de dizolvare a rocilor
de ctre ape.
Un grad de duritate reprezint 10 mg CaO sau 1,42 mg MgO la 1 1 de ap, adic 1 grad
german.
1 grad german = 17,9 grade franceze = 1,25 grade engleze.
Caracterizarea apelor dup gradul de duritate:
foarte moi 0 - 4; moi 4 - 8; semidure 8- 12; destul de dure 12- 18; dure 18-30; foarte dure >30.
Apa potabil nu trebuie s depeasc 12. n acelai timp duritatea apei poate fi:
total (suma srurilor coninute n soluie); permanent (coninutul de sruri solubile de calciu i magneziu - sulfai, cloruri
etc. care nu dispar prin fierbere);
temporar (reprezint diferena dintre duritatea total i cea permanent care este determinat de coninutul de carbonai, care prin fierbere pierd dioxidul de
carbon i precipit sub form de carbonai insolubili, fcnd s dispar aceast
duritate).
-
Hidrologie
22
Aciditatea. Reprezint capacitatea unor substane aflate n compoziia apei, de a lega o
cantitate echivalent de baz tare. Ea este condiionat de prezena n ap a anionilor care
sunt echilibrai cu ioni de hidrogen, cu cationii bazelor slabe, ndeosebi ai metalelor grele.
Aciditatea se exprim prin expresia pH, care reprezint inversul concentraiei ionilor de
hidrogen. Aciditatea sau alcalinitatea apei, considerat n funcie de valoarea pH-ului, se
prezint astfel:
pH7 ap alcalin.
Valoarea pH-ului se determin cu ajutorul unor substane cunoscute sub denumirea de
indicatori de pH a cror culoare se schimb n funcie de concentraia ionilor de hidrogen.
Agresivitatea. Reprezint proprietatea unor ape de a ataca chimic i n mod permanent
materialele prin care circul sau cu care vin n contact.
Puterea agresivitii depinde de coninutul de sruri dizolvate, de coninutul de acizi,
temperatur, vitez de circulaie etc. Agresivitatea apei potabile este condiionat numai de
prezena gazelor dizolvate (O2 i CO2).
Proprietile biologice i bacteriologice. Pentru determinarea calitii apelor, din punct de
vedere igienic, se efectueaz numeroase analize bacteriologice i biologice ce au ca scop
determinarea substanelor organice coninute de masa acvatic.
Analiza biologic poate semnala existena unui proces de impurificare, precum i
intensitatea acestuia prin stabilirea componenei calitative i cantitative a populaiei din apa
studiat.
Analiza bacteriologic pune n eviden ncrcarea apei cu bacterii; acest lucru se afl n
strns legtur cu impurificarea ei.
Grupele de bacterii identificate n apele superficiale:
saprofite (fac parte din microflora normal a apei i nu produc mbolnviri ale organismului uman);
patogene (provoac boli hidrice: febra tifoid, holera, dizenteria); coliforme (indic contaminarea cu ape uzate de canalizare, particule de sol etc).
Compoziia apei marine
Fa de apa dulce, cea marin este diferit. n orice studiu hidrologic trebuie s se
in seama, i s se cunoasc, diferena dintre cele dou lichide. Se cunoate faptul c apa
mrii este srat. De fapt, ea constituie o soluie complex unde se amestec un foarte mare
numr de ioni. De regul, compoziia sa rmne aceeai n toate oceanele; analizele de
mare finee demonstreaz i o oarecare variaie local a acesteia.
-
Hidrologie
23
Tabel 9. Elementele de mare importan existente n apa mrii
Cantitatea total de sruri, pe
care o conine apa mrii, poart
denumirea de salinitate; ea se
exprim n % sau n medie,
apa marin deine un procent de
96,5% ap pur i 3,5% sruri
(35 g sruri la 1 litru ap).
Specialitii prefer exprimarea
salinitii n , de unde i
media de 35 .
Elemente Concentraia mg/litru Masa total n oceane,
tone
Clor 18980 29,3 miliarde Sodiu 10540 16,3 miliarde
Magneziu 1350 2,1 miliarde Sulf 885 1,4 miliarde
Calciu 400 0,6 miliarde Potasiu 380 0,6 miliarde Brom 65 0,1 miliarde
Carbon 28 0,04 miliarde Strontiu 8 12 milioane
Azot 0,5 780000 Fosfor 0,07 110000
Iod 0,06 93000 Zinc 0,01 16000 Fier 0,01 16000
Aluminiu 0,01 16000 Cupru 0,003 5000 Uraniu 0,003 5000 Nichel 0,002 3000
Magneziu 0,002 3000 Argint 0,0003 500 Aur 0,000004 6
-
Hidrologie
24
3. NOTIUNI DE HIDROGEOLOGIE (APE SUBTERANE)
In cadrul ciclului hidrologic, o parte din precipitaii ptrunde in sol prin procesul de
infiltraie. De asemenea, o parte din vaporii de ap existeni in atmosfera situata in
imediata vecintate a solului condenseaz si ajung in sol. Aceasta apa ptruns in sol
prin infiltraie sau condensare se mic prin fisuri sau golurile rocilor, urmnd, in virtutea
ineriei linia de cea mai mare panta iar in momentul in care, aceste ape, ntlnesc in
drumul lor straturi impermeabile formeaz straturi acvifere.
Hidrogeologia este tiina care se ocup cu studiul apelor subterane; ea studiaz
originea apei, modul de alimentare, rocile cu rol acvifer existente n scoara terestr,
structurile geologice, tipul de zcmnt, condiiile de stocare, modalitile de scurgere ale
apei prin acestea, rspndire, proprietile fizico-chimice ale ntregului complex, gradul de
poluare etc. n acelai timp, ea se preocup de conservarea i exploatarea apei subterane.
Studiile hidrogeologice vizeaz managementul teritorial, estimarea corect a resurselor
de ape subterane (potabile, minerale, geotermale), optimizarea exploatrii acestora,
combaterea efectelor negative asupra exploatrilor miniere, a construciilor etc.
(Zamfirescu, 1997).
Apele subterane au reprezentat tot timpul o importan vital. Primele fntni pentru
ap potabil au fost spate n Egipt i China antic.
Apele subterane reprezint ape de origine endogena si exogena care exista in
litosfera, se deplaseaz prin golurile sau fisurile existente intre particulele de roci avnd
proprieti fizico-chimice diferite de apele de suprafa.
Din punct de vedere hidrologic, prezint importanta cunosterea nivelului apelor
subterane, variatia acestora, adancimea panzei de apa, directiile de scurgere, viteza si
debitul apelor subterane, precum si unele proprietati fizice si chimice ale acestora.
Studiul apelor subterane se realizeaza prin :
prospectiuni hidrogeologice (puturi sau foraje) ; prin analiza planurilor reprezentand pozitia in sol a apelor subterane prin
izofreate6 sau hidroizohipse7.
In functie de originea lor, apele existente in litosfera sunt:
ape de origine vadoasa (de infiltratie), provin din infiltratia precipitatiilor atmosferice sau din condensarea vaporilor de apa din atmosfera; reprezinta
principala sursa pentru rezerva de apa subterana; 6 Izofreate-izolinii ce unesc punctele de egala adancime ale panzei de apa subterana formata deasupra primului strat de impermeabil de teren. 7 Hidroizohipse-izolinii exprimand cotele absolute ale suprafetelor apelor subterane .
-
Hidrologie
25
ape magmatice (juvenile), formate prin condensarea subterana a vaporilor de apa proveniti din degazeificarea magmelor ; este cazul apelor minerale, cu un continut
mare de saruri ;
ape vetrice (fosile sau de zacamant) care se prezinta sub forma unor straturi acvifere aflate sub presiune si care sunt legate de zonele de formare ale
petrolului .
ape de origine cosmica, reprezinta apa din moleculele mineralelor din meteoriti. Factorii care influenteaza infiltratia apei in litosfera: factori meteorologici (cantitatea,
durata si intensitatea precipitatiilor), factori morfologici (panta terenului, forma
reliefului), factori geologici (natura terenurilor, structura si textura lor), factori biologici
(vegetatia, fauna, impactul antropic).
a. Proprietatile hidrologice ale terenurilor
Litosfera este formata din roci care prezinta o serie de pori, fisuri sau alte goluri prin
care circula apa provenita din infiltratie. Rocile se comporta diferit fata de apa datorita
unor proprietati hidraulice : permeabilitate, porozitate, capacitate de absorbtie.
1. Permeabilitatea reprezinta proprietatea pe care o au rocile de a permite apei sa
circule prin porii acestora (sau viteza cu care apa strabate roca).
Permeabilitatea unei roci este in functie de modul in care sunt dispuse granulele din
componenta rocilor, de marimea golurilor din roci (marimea porilor).
Clasificarea rocilor in functie de permeabilitate se intalnesc 3 categorii de roci :
Roci permeabile in care apa circula liber datorita fortei gravitationale (cazul nisipului si a pietrisului) ;
Roci semipermeabile in care circulatia apei este partial ingreunata de natura si consistenta rocii (cazul unor roci de sedimentare);
Roci impermeabile in care circulatia este extrem de redusa, aproape inexistenta (cazul rocilor cristaline fara fisuri) .
2. Porozitatea8 rocilor exprima raportul care exista intre volumul golurilor dintre
particulele solide ale unei roci si volumul total al rocii respective.
Clasificarea rocilor in functie de porozitate 2 tipuri de roci :
Roci poroase care prezinta in masa lor goluri: pietrisurile, bolovanisurile, argilele, marnele;
Roci compacte in care patrunderea apei nu se poate face decat in cazul in care aceste roci apar fisuri, mai ales spre paturile superficiale unde apare, de
regula, un proces de alteratie: roci sedimentare, sisturi cristaline, roci
eruptive.
8 Metodele pentru determinarea porozitatii rocilorlaborator
-
Hidrologie
26
3. Capacitatea de absorbtie a rocilor reprezinta proprietatea ce o au unele roci de a
primi si retine o anumita cantitate de apa . Cantitatea de apa retinuta depinde de
structura si compozitia granulometrica a rocilor precum si de gradul lor de tasare .
b. Forme si stari ale apei din litosfera
Apa care a patruns in porii rocilor poate exista in forme si stari diferite si anume :
Apa in stare de vapori se gaseste in aerul existent in porii rocilor unde prin racire si condensare trece in stare lichida sau prin incalzire poate trece din nou in stare de
vapori (se inregistreaza ziua o circulatie a vaporilor de apa din teren spre atmosfera
si, invers, noaptea, vaporii de apa condenseaza transformandu-se in picaturi ;
Apa higroscopica (fig.1) in jurul unor granule de roci apa este retinuta pe suprafata acestora sub forma de pelicula continua. Capacitatea rocilor de a retine pe suprafata
lor sau a porilor o pelicula de apa higroscopica poarta denumirea de higroscopicitate .
Cantitatea de apa higroscopica din porii rocilor este proportionala cu umiditatea
atmosferica (maxima la saturatie completa a umiditatii aerului atmosferic). Apa
higroscopica nu poate fi indepartata din porii rocii decat atunci cand se ating
temperaturi egale cu +105 oC. Apa
higroscopica fierbe la 100 oC si ingheata la
-78 oC. Cantitatea de apa higroscopica
retinuta de o roca depinde de marimea
suprafetei particulelor componente cat si
de natura rocilor. Spre exemplu, la
aceleasi volume de argila si nisip, argila
retine o cantitate mai mare de apa
higroscopica deoarece suprafata
particulelor componente este mai mare
decat la nisip.
Apa peliculara (fig. 2) se prezinta sub forma unui alt invelis pelicular continuu
care se mentine la suprafata granulelor
datorita fortei de atractie moleculara
reciproca dintre granulele de roca si
moleculele de apa. Apa peliculara fierbe
la +100 oC si ingheata la -1 oC. Att apa
peliculara ct si cea higroscopica nu
prezinta importatnta economica.
Apa capilara apa care umple porii capilari si care poate transmite presiunea hidrostatica. Daca intre 2 puncte din masa de roca apare diferenta de presiune, apa
capilara se pune in miscare ridicandu-se prin capilaritate cu ata mai sus cu cat porii
Fig. 1 Pelicula de apa higroscopica
Fig.2 - Apa higroscopica si peliculara
-
Hidrologie
27
sunt mai mici. Un pamant ce contine apa capilara apare ca umezit. Apa capilara fierbe
la 100 oC si ingheata la-1 oC.
Apa gravitationala se gaseste in porii si spatiile mai mari din pamant pe care le umple si se gaseste sub influenta fortei gravitationale, deplasandu-se in directia pantei
terenului. Se comporta ca orice apa libera, fierbe la 100 oC si ingheata la 0 oC in
conditii de presiune hidrostatica, transmite presiunea hidrostatica. Aspectul este de
pamant imbibat cu apa ; apa gravitationala formeaza depozite sau panze de apa
subterana.
Apa in stare solida reprezinta apa gravitationala care ingheata la 0 oC trecand in stare solida, ceea ce duce la crestere in volum si, implicit, la marirea golurilor din
pamant.
c. Circulatia apelor subterane
Apa gravitationala aflata in pamant circula prin roci. Dupa modul in care aceasta apa
circula, rocile se clasifica :
Roci acvifere, in care circulatia apei se face in voie : nisipurile, grohotisurile, pietrisuri, gresii ;
Roci acvilude, in care circulatia apei se face mai greu datorita porilor mici : argilele si marnele ;
Roci acvifuge, cu o porozitate redusa, in care apa nu poate circula decat in masura in care apar fisuri la nivelul lor : roci eruptive, metamorfice si sedimentare cimentate.
In rocile granulare omogene (nisipul), cu particule de forme regulate si dimensiuni
egale, apele subterane circula formand un curent subteran cu miscare lamelara. In rocile
neomogene cu elemente constitutive neregulate si dimensiuni diferite, miscarea apelor
subterane este o miscare turbulenta. In mod liber, in straturile acvifere circulatia apelor
se face sub influenta presiunii hidrostatice, din punctele cele mai inalte spre cele mai
joase urmand linia de cea mai mare panta .
Din punct de vedere hidrologic intereseaza : directia de curgere, viteza de deplasare
si debitul apelor subterane.
Directia de curgere a apelor subterane se poate determina utilizand unele metode practice (metoda indicatorilor si metoda grafica).
Viteza de curgere a apelor subterane se poate determina pe baza de calcul cunoscand gradientul hidraulic si coeficientul de filtratie :
Gradientul hidraulic (i), reprezinta caderea de presiune pe unitatea de lungime si are
valoarea raportului dintre diferenta de nivel a apei in 2 puturi (P1 si P2) si distanta dintre
ele (fig. 3) ;
-
Hidrologie
28
Fig. 3 - Determinarea gradientului hidraulic
HHH = 21 . Deci lHi =
Coeficientul de filtratie (K), se determina fie
pe baze experimentale, fie prin calcul din
legea lui Darcy ( cantitatea de apa ce se
deplaseaza prin sectiunea transversala a
unui strat de teren este direct
proportionala cu suprafata, cu presiunea si
invers proportionala cu distanta parcursa
si depinde de o constanta care este legata
de proprietatile terenului cat si de gradul
de vascozitate al apei) si care se exprima prin relatia :
lhKAQ =
in care Q reprezinta debitul exprimat in m3/s ; A sectiunea stratului exprimat in m2;
K- coeficientul de filtratie.
Din aceasta ultima relatie se obtine:
lhK
AQ =
stiind ca AQ
exprima valoarea vitezei iar lh
reprezinta gradientul hidraulic, vom obtine:
iKv = Valoarea coeficientului de filtartie a fost determinat pe baze experimentale (L.K.
Davidov) sau cu ajutorul unei formule ( Hasen) :
( ) hmtdcK c 2430,070,02 += in care c un coeficient care tine seama de gradul de porozitate al solului ; dc
reprezinta diametrul granulelor solului ; t timpul .
Tinand cont si de latimea stratului acvifer ( )2mHLA = , debitul curentului subteran va fi : ( )hmAiKQ 24/3=
d. Repartitia apelor de infiltratie pe verticala
Repartitia apelor infiltrate in sol pe verticala unei sectiuni de teren (fig.4,5) se face
diferentiat in functie de natura si distributia rocilor componente, de structura geologica a
straturilor, de pozitia rocilor impermeabile si de alternanta rocilor permeabile .
-
Hidrologie
29
Se intalneste, de regula la partea
superioara o zona de saturatie
incompleta, cantitatea de apa
crescand pe masura ce creste
adancimea, ajungandu-se in
apropierea stratului de teren
impermeabil la o saturatie completa
datorita acumularii de apa .
a) Zona de aeratie cu
urmatoarele 3 subzone:
- Subzona de evaporare, situata in stratul superficial in care are loc schimbul de
vapori de apa intre sol si atmosfera. Adancimea acestei subzone incepe de la
cativa cm pana la 1-2 m ;
- Subzona intermediara, cu adancimi variabile unde apa de infiltratie patrunde in
porii rocilor dar nu-i satureaza ( apa nu poate fi folosita de plante) ;
- Subzona capilara, in care apa de infiltratie este intr-o cantitate mai mare.
b) Zona de saturatie, este zona situata deasupra stratului impermeabil in care porii
rocilor sunt saturati de apa de infiltratie care se inmagazineaza in timp.
Fig.5. Repartiia vertical a apelor subterane: 1- formaiune permeabil; 2-
formaiune semipermeabil; 3- formaiune impermeabil.
Intre cele doua zone de saturatie diferita exista o suprafata de separatie care poarte
denumirea de nivel freatic, apa din zona de saturatie fiind cunoscuta sub denumirea de
Fig 4 - Distributia apei pe verticala
-
Hidrologie
30
apa freatica. Partea superioara a apelor freatice sau a unui strat acvifer se numeste nivel
hidrostatic.
Apele de tip freatic sunt apele subterane care au legaturi permanente cu suprafata
solului si se clasifica in:
a) ape suprafreatice, existente in straturile superioare ale terenului, prezenta lor
fiind conditionata de fenomenele meteorologice ;
b) ape freatice, reprezentate de straturile continuie si permanente de apa situate
deasupra straturilor impermeabile ;
c) ape fara presiune, ape de provenienta freatica captata intre straturi de teren
impermeabil sub forma unor panze continui, fara presiune, fara caracter
ascensional.
Staturile acvifere libere, adica apele freatice reprezinta primul strat al apelor
subterane cu importanta in hidrologie deoarece reprezinta legatura apelor subterane cu
cele de suprafata.
f. Straturi acvifere captive
Aceste ape subterane sunt captive
intre 2 straturi de teren impermeabil,
dezvolta presiune in straturile superioare si
de aceea in cazul unui foraj au caracter
ascensional sau artezian (fig.6) . In
conditiile in care stratul de apa se afla
prins intre doua orizonturi impermeabile,
iar alimentarea cu ape superficile se face
doar pe o suprafata redusa, stratul se
considera captiv . Deoarece intre zona de alimentare si zona de drenare exista diferenta
de nivel apa existenta in strat este sub presiune . Evident, in cazul unui foraj, stratul
acvifer se ridica spre nivelul hidrostatic. Nivelul pna la care se ridica apa straturilor
acvifere captive, in foraje, datorita presiunii hidrostatice, poarta denumirea de nivel
piezometric.
g. Legatura dintre apele subterane si suprafata terenului
Legatura cu suprafata terenului o au in mod obisnuit apele subterane de tip
freatic, care pot alimenta raurile si lacurile atat prin intermediul apelor suprafreatice,
freatice cat si prin cele fara presiune dintre straturile impermeabile . Apele de adancime
pot participa, mai rar, si artezian la alimentarea cu apa a raurilor si lacurilor .
Legatura hidraulica dintre apa raurilor si apa freatica poate fi observata urmarind
graficele de variatie a nivelurilor apelor freatice in paralel cu variatia apelor din rauri.
Fig. 6. Strat acvifer captiv cu caracter
ascensional (a) sau artizanal (b).
-
Hidrologie
31
In lipsa legaturii hidraulice intre apele raurilor si cele freatice, raporturile dintre straturile
acvifere si rauri pot fi de mai multe feluri :
a) stratul acvifer este la un nivel superior si alimenteaza raul ;
b) stratul acvifer este la aceelasi nivel cu raul si alimentarea se face reciproc ;
c) stratul acvifer se gaseste la un nivel inferior nivelului din rau si alimentarea se
face din rau;
d) in zona meandrelor raului, uneori raul primeste apa din stratul freatic pe de o
parte iar pe de alta o cedeaza stratului freatic aflat pe malul opus .
O forma de legatura intre apele freatice si suprafata terenului o reprezinta izvoarele
care sunt iesiri concentrate de apa subterana, intalnite in mod deosebit in zone de munte
si de deal. Legaturile dintre apele subterane si zona uscatului se fac intr-un mod deosebit
in zonele de carst, modificand fisurile si grotele calcarelor, formand adevarate rauri
subterane (bazinele Crisurilor, Ariesului, Bega, Motrului, Dambovita, Ialomita)
-
Hidrologie
32
4. NOTIUNI DE HIDROGRAFIE Bazinul hidrografic
Hidrografia este o direcie principal a hidrologiei care se ocup cu prezentarea
general a unitilor hidrologice, ncadrarea lor geografic, analiza caracteristicilor
morfologice i morfometrice precum i a altor caracteristici definitorii. Unitile
hidrologice continentale se pot grupa n urmtoarele: bazinul hidrografic, lacurile, ape
curgtoare.
In cele mai dese cazuri problemele practice hidrologice se refer la suprafee de
teren corespunztoare bazinului hidrografic al tuturor categoriilor de uniti hidrologice
Caracteristicile topografice, geologice, pedologice, gradul de acoperire cu vegetaie i
natura acesteia joac un rol important n activitatea sa hidrologic.
Caracteristicile topografice
Se consider bazin hidrografic o suprafa de teren de pe care apa de ploaie
care se scurge pe suprafaa sa se concentreaz i trece printr-un punct al albiei sale.
Conceptul de bazin hidrografic este legat nu numai de albie ci i de un punct sau o
seciune a acesteia. Bazinele hidrografice, uniti de baz n hidrologie, prezint un
caracter de stabilitate n timp. Cu toate acestea, pe cale natural sau artificial prin
intervenia omului, se pot nregistra modificri ale lor.
Cnd solul este total impermeabil, bazinul hidrografic corespunde complet cu
aspectul topografic al bazinului. Limita bazinului este reprezentat de linia de cumpn a
apelor, o linie situat la altitudinea maxim care divide precipitaiile czute i care, n
consecin, se scurg de o parte i de alta a liniei de cumpn. Aceast linie trece prin
punctele de cea mai mare nlime situate ntre dou bazine nvecinate (culmi de muni,
dealuri etc.) cobornd spre zona de vrsare unde se nchide. n regiunile nalte ale
reliefului cumpna apelor se poate identifica cu uurin spre deosebire de regiunile
joase unde nu poate fi stabilit practic n teren dect prin nivelment. In cazul n care solul
este permeabil, n afara liniei
de cumpn a apelor
superficiale mai exist i o linie
de cumpn a apelor subterane
ntre un bazin i cel alturat
(fig. 1).
Fig. 1. Bazinul hidrografic
-
Hidrologie
33
In general, diferena dintre bazinul hidrografic i cel topografic influeneaz
comportamentul hidrologic n cazul bazinelor hidrografice mici i mai puin la cele mari
unde diferenele dintre suprafaa de alimentare superficial i cea subteran se
compenseaz iar erorile sunt nesesizabile.
Caracteristicile geologice i pedologice
Natura geologic a rocilor care constituie un bazin hidrografic are o influen
hotrtoare asupra comportamentului su hidrologic. De asemenea structura i textura
solului influeneaz scurgerea, infiltraia sau evaporaia.
Gradul de acoperire cu vegetaie i natura vegetaiei existente joac un rol
important: un bazin hidrografic fr vegetaie la suprafa sa cunoate o puternic reea
torenial, prezint un grad mare de degradare, un transfer mare de aluviuni, n timp ce
un bazin acoperit cu vegetaie reine un timp mai mare apa provenit din precipitaii,
faciliteaz infiltraia iar scurgerea se face mai lent.
Caracteristici morfometrice
Studiul unui bazin hidrografic presupune cunoaterea caracteristicilor sale
morfometrice. Pentru definirea poziiei sale sunt necesare coordonatele geografice ( i
) care ncadreaz bazinul, zona geografic unde este amplasat precum i altitudinea la
care este situat.
A. Suprafaa bazinului hidrografic (BH) este reprezentat de suprafaa de
teren cuprins n interiorul liniei de cumpn a apelor. Aria bazinului se poate determina
prin mai multe metode, n funcie de gradul de precizie cerut, mijloacele tehnice de care
dispunem etc. Se folosesc:
metode grafice: metoda caroiajelor, metoda compensrilor, metoda figurilor geometrice corespunztoare;
metode mecanice: planimetrare Elementele morfologice importante ale unui bazin hidrografic (BH) sunt lungimea
i limea.
Lungimea bazinului reprezint distana de la vrsare pn la punctul cel mai
ndeprtat situat n zona de izvoare (se exprim n km, vezi distana AB n fig. 2). Dac
bazinul este curbat sau de o form neregulat, lungimea poate fi o curb sau o linie
frnt i trebuie amplasat astfel nct s mpart suprafaa bazinului n dou pri
aproximativ egale.
Limea bazinului este reprezentat de perpendiculara pe lungimea bazinului care
unete celelalte dou maluri opuse. Limea cu dimensiunea cea mai mare exprim
valoarea maxim a limii. Limea medie se poate calcula ca raport dintre suprafaa
-
Hidrologie
34
bazinului hidrografic i lungimea sa, cu ajutorul formulei )()( 2
kmLkmAbmediu = . Limea medie
a unui BH servete la prognoza viiturilor i a amplitudinii lor: cu ct limea medie este
mai mic cu att forma bazinului este mai alungit i timpul de concentrare a viiturilor
este mai mare.
Pentru studiul unui BH, o importan deosebit o are modul n care se compune
suprafaa sa. In fig. 2 se prezint un bazin hidrografic, cu vi i cursuri de ape, sub-
bazinele componente, modul de realizare a graficului de dezvoltare a suprafeei sale de la
izvor pn la vrsare, precum i graficul circular de compunere a suprafeelor. ncepnd
de la izvorul rului, notat cu A, rul primete mai muli aflueni pe partea dreapt a
cursului, ale cror sub-bazine au fost notate cu 2' i 4', iar pe cei din stnga cu sub-
bazinele 1' i 3'. In afara afluenilor, cursul principal al rului are suprafee proprii ale
bazinului de recepie notate, n stnga cursului cu 1,3,5 i n dreapta cu 2,4,6.
Se planimetreaz fiecare sub-bazin precum i suprafeele proprii i se verific
dac nsumarea lor d valoarea suprafeei totale a BH.
Cu aceste valori de suprafee pariale i total se poate construi un grafic al
creterii suprafeei bazinului hidrografic al rului principal. Pe grafic se traseaz o dreapt
AB care exprim lungimea BH, precum i o dreapt orizontal perpendicular pe prima,
pe care se vor nscrie suprafeele pariale. Ambele drepte se traseaz respectnd
anumite scri alese convenabil i anume pe verticala AB lungimea bazinului hidrografic
iar pe orizontal suprafeele pariale distribuite n stnga i dreapta cursului principal. Pe
ordonat (AB) se plaseaz valorile care stabilesc deprtrile fa de gura de vrsare a
rului, punctul B, a diferitelor puncte de pe rul principal, printre care i afluenii. Pe
abscis, ncepnd cu punctul B, se acumuleaz, la scar, treptat toate suprafeele
interbazinale, plasndu-le n ordine pe cele situate n stnga i n dreapta cursului
principal. n acest mod, pe abscis, rezult suprafaa total a bazinului hidrografic
exprimat la scar.
Corespunztor unui punct C situat pe bazin la o deprtare Lc de gura de vrsare a
rului, cu ajutorul graficului se poate determina rapid suprafaa bazinului n amonte sau
aval total sau suprafeele situate la stnga i la dreapta.
-
Hidrologie
35
Fig. 2 Graficul circular si graficul de dezvoltare al unui bazin hidrografic.
Planimetrnd cu precizie suprafeele interbazinale i calculnd procentele acestor
suprafee n raport cu suprafaa total se poate realiza i un grafic circular al bazinului
(fig. 2) Dimensiunile BH au un rol deosebit n producerea i evoluia proceselor
hidrologice:
pentru BH mici, scurgerea i concentrarea apelor se face concomitent cu precipitaiile, efectul topirii zpezilor i al precipitaiilor torenial se resimte imediat cu grave
consecine
pentru BH mari, situaia este mult mai lent, astfel de bazine regulariznd scurgerea; zonele de la suprafaa Pmntului foarte srace n scurgere superficial se numesc
regiuni endoreice, cu o reea hidrografic slab dezvoltat, cu predominana scurgerii
subterane. Ex: podiul Anatoliei, zone cu clim arid (lacuri srate i sraturile);
teritoriile slab brzdate de ape curgtoare, cu reea hidrografic slab dezvoltat se numesc semiendoreice.
B. Forma bazinului are un rol deosebit de important din punct de vedere
hidrologic, deoarece influeneaz producerea i evoluia fenomenelor hidrologice. Forma
bazinelor hidrografice este imprimat de poziia i orientarea limitei bazinelor. De forma
bazinului depinde att lungimea traseului apelor curgtoare, din amonte spre aval, ct i
posibilitatea de dezvoltare i aportul de ap al afluenilor. Exist o strns legtur ntre
cantitatea de precipitaii, evaporaie, debitele de ap i altitudinea bazinului analizat.
n fig 3 sunt prezentate 2 bazine hidrografice cu suprafee egale dar cu forme
diferite.
-
Hidrologie
36
Fig. 3 Bazine hidrografice de forme diferite i suprafee egale
Timpul de concentrare a apelor rezultate din aceeai cantitate de precipitaii
czute concomitent pe cele dou bazine va fi diferit. n bazinul a timpul de concentrare a
apelor n punctul A, este mai mic dect timpul de concentrare a apelor din precipitaii
scurse pe bazinul b, n punctul B. n acest caz i comportamentul celor dou bazine
urmrit cu ajutorul izocronelor9, n cazul unor ploi toreniale sau viituri, este diferit.Pentru
exprimarea formei bazinului hidrografic se folosesc mai muli indicatori:
coeficientul de compacitate (kc), denumit i coeficientul lui Gravelius, exprim relaia ce exist ntre perimetrul BH i lungimea cercului de suprafa egal cu suprafaa
bazinului (Acerc = ABH).
cerc
BHc L
Pk = dar 2ccerc RA = , cerc
cA
R = , iar cc RL = 2 Deci
AAAL cerccercc === 2222
cerc
BHc A
Pk = 21
dar ,282,02
1 = deci cercBH
c APk = 282,0
gradul de alungire Ki a bazinului, care se exprim astfel:
Lb
k mediui = dac raportul este subunitar atunci BH are o form alungit i cu ct valoarea se apropie de unitate atunci forma se apropie de un cerc.
coeficientul de dezvoltare a bazinului, exprim un raport ntre suprafaa sa i suprafaa ptratului care are latura egal cu lungimea bazinului:
2LAkd =
9 Izocronele - izolinii care unesc puncte de pe un bazin n care scurgerea lichid ajunge n aceeai unitate de timp
-
Hidrologie
37
Cu ct valoarea acestui coeficient este mai mare cu att BH are forma mai puin alungit
i se vor nregistra amplitudini mari ale viiturilor.
coeficientul sau indicele de asimetrie (a), care se stabilete n funcie de suprafeele situate la stnga sau la dreapta vii sau rului principal i se exprim cu ajutorul
relaiei:
AAA
AAAA
a drstgdrstg
drstg )(2
2
=+=
Tipurile de bazine
Bazinele hidrografice, cu toat marea lor varietate, au fost grupate n 5 tipuri (Buta,
1983):
Tipul I, include bazinele hidrografice dezvoltate mai mult n cursul mijlociu: Criul Negru, Trotu, Someul etc.
Tipul II, unde bazinele hidrografice se dezvolt n cursul superior: Jiu, Ialomia, Buzu etc.
Tipul III, unde bazinele hidrografice se dezvolt n cursul inferior: Arge, Someul Mic etc.
Tipul IV, este caracteristic bazinelor hidrografice dezvoltate uniform: Arie, Vedea, Criil Alb, Bega etc.
Tipul V, este tipic pentru bazinele care se ngusteaz n cursul mijlociu: Olt, Trnava Mare etc.
Clasificarea de fa este destinat a avea scopuri practice deoarece, n funcie de
dezvoltarea bazinelor, se pot desprinde cteva caracteristici ce privesc geneza i
dezvoltarea viiturilor:
- bazinele dezvoltate uniform, pe toat lungimea lor, nu genereaz viituri brute ci
numai creteri progresive i atenuri treptate;
- bazinele dezvoltate n cursul inferior favorizeaz scurgerea brusc deoarece
apele din precipitaii se vor aduna rapid la ieirea din bazin;
- bazinele dezvoltate mult n cursul superior vor genera viituri a cror amploare va
scdea cu ct se apropie de cursul inferior.
C. Relieful bazinului hidrografic reprezint un alt aspect fundamental al
comportamentului hidrologic al unui BH. Relieful unui BH este foarte bine i sugestiv
reprezentat pe hri prevzute cu curbe de nivel de pe care extragem o serie de date
sintetice pe care le prezentm apoi, sub o form mai simpl, prin curba hipsometric i
graficul de repartizare a suprafeelor pe trepte de altitudine.
-
Hidrologie
38
Pentru stabilirea acestor informaii sintetice s presupunem c un bazin
hidrografic cu o suprafa total de 2500 km 2 prezint variaii ale altitudinilor ntre 600-
1800 m. Alegem o treapt de altitudine, exemplu 200 (in funcie de ecartul de variaie a
altitudinilor) i planimetrm suprafeele pariale pe fiecare treapt de nivel, obinnd
urmtoarele rezultate:
a1 (600-800 m) = 70 km2, reprezentnd 2,8 % din suprafaa total;
a2 (800-1000 m) = 847,5 km2, reprezentnd 33,9 % din suprafaa total;
a3 (1000-1200 m) = 1115 km2, reprezentnd 44,6 % din suprafaa total;
a4 (1200-1400 m) = 355 km2, reprezentnd 14,2 % din suprafaa total;
a5 (1400-1500 m) = 67,5 km2, reprezentnd 2,7 % din suprafaa total;
a6 (1600-1800 m) = 45 km2, reprezentnd 1,8 % din suprafaa total;
Curba hipsometric i curba de frecven a altitudinilor se poate prezenta nscriind
ntr-un sistem de axe de coordonate valorile altitudinilor pe ordonat, suprafaa BH pe
abscisa inferioar i procentele pe abscisa superioar (fig. 4).
Fig. 4 Curba hipsometric i curba de frecven a altitudinilor bazinului hidrografic
n studiul morfometric al bazinelor hidrografice se folosete noiunea de rectangul
echivalent care presupune c acelai bazin se comport din punct de vedere hidrologic n
mod analog cu un rectangul care ar avea aceeai suprafa i perimetru (acelai
coeficient al lui Gravelius, aceeai distribuie a altitudinilor, aceeai curb hipsometric).
- pornind de la curba hipsometric se poate calcula altitudinea medie a bazinului
hidrografic, aceast valoare ncadrnd BH ntr-o anumit zon de relief. Altitudinea medie
se poate calcula fcnd semisuma altitudinilor extreme:
2minmax HHHmediu
+=
-
Hidrologie
39
Pentru un bazin hidrografic cu o distribuie a nlimilor mult mai neregulat, altitudinea
medie se calculeaz separat pentru trepte de suprafa (ca n exemplul anterior al curbei
hipsometrice), astfel:
A
hhahhahhahhaH
nnn
mediu2
....222
1323
212
101
+++++++=
n care: a1, a2, a3, ...a reprezint suprafeele pariale ntre curbele de nivel, ho, h1,
h2,h3 ..hn -altitudinile curbelor de nivel respective, A - suprafaa ntregului BH.
- panta medie a bazinului hidrografic este o alt caracteristic morfometric important
legat de desfurarea scurgerii.
Pentru relieful de cmpie caracterizat de uniformitate a nlimilor atunci panta medie se
calculeaz:
)/( 2minmax kmmAHHimediu
= Pentru zone cu relief diferit, calculul pantei medii pornete de la hri cu curbe de nivel,
alegndu-se o anumit treapt de altitudine H, msurnd lungimile curbelor de nivel
(Io.,l1.. .ln) pentru fiecare treapt de altitudine i innd cont i de suprafaa bazinului -
A.
A
llllllhi
nn
mediu
)...2
( 13210
++++++= coeficientul de acoperire a bazinului hidrografic cu lacuri, bli i mlatini (ka),
exprimat sub forma unui raport ntre suprafaa lacurilor i blilor i suprafaa total
(n procente):
100),,(
(%) = A
mlastinibaltilacuriaka
n Romnia, Planurile de Management ale bazinelor hidrografice din Romania
reprezinta principalul instrument de implementare al Directivei Cadru 2000/60/UE n
domeniul apei, avnd drept scop atingerea strii bune a apelor pn n anul 2015.
Atingerea strii bune a apelor implica asigurarea unor conditii optime i egale de
viata din punct de vedere al mediului acvatic pentru toti locuitorii Romaniei.
In cadrul elaborarii Planului de Management al bazinului hidrografic al Dunarii s-a
definit Districtul Hidrografic al Dunarii care include si apele costiere ale Romniei precum
si bazinele afluentilor care se varsa in Marea Neagra (cu suprafata de circa 5.198 Km2).
Apele costiere romnesti au fost incluse in Districtul Hidrografic al Dunarii deoarece
starea apelor si morfologia tarmului sunt influentate substantial de Dunare. Apele
costiere romnesti sunt delimitate la o distanta de o mila nautica fata de linia tarmului
care este definita de 9 puncte conform Legii nr. 17/1990 modificata prin Legea 36/2002.
-
Hidrologie
40
Bazinele hidrografice pentru care se elaboreaza Planurile de Management sunt
prezentate in figura 1 si tabelul 1.
Nr.crt. Bazin/Spatiu hidrografic Suprafata
(Km2)
%
1. Somes Tisa 22.380 9,43
2. Crisuri 14.860 6,26
3. Mures 28.310 11,93
4. Banat 18.393 7,74
5. Jiu 16.713 7,05
6. Olt 24.050 10,14
7. Arges Vedea 21.479 9,04
8. Ialomita Buzau 23.874 10,05
9. Siret 28.116 11,85
10. Prut 20.267 8,53
11. Dunare, Delta Dunarii, SH Dobrogea + ape costiere
18.949+ 1130
7,98
TOTAL Romania + ape costiere 237.391+ 1130 100
Fig. 1 Bazinele hidrografice si apele costiere pe care se elaboreaza Planurile de
Management
Referitor la elementele reelei hidrografice se constat c, n ara noastr,
predomin lungimea redus a rurilor. Predominarea rurilor scurte este consecina
direct a etajrii verticale a reliefului, a climatului, a diferenierilor petrografice evidente
i, ndeosebi, a configuraiei radiar divergente a reelei hidrografice.
Astfel, pentru zonele montane i submontane, cu energie mare de relief, roci cu
permeabilitate redus i precipitaii bogate, este caracteristic prezena unui numr mare
-
Hidrologie
41
de rulee cu bazine reduse, spre deosebire de zonele de es unde exist condiii minime
de formare a unor ruri cu lungimi mai mari.
Dup lungimea pe teritoriul Romniei, cele mai mari cursuri de ap sunt : Prutul i
Mureul (716 km), Oltul (698 km), Siretul (592 km), Ialomia (414 km), Someul (345
km), Jiul (348 km), Argeul (339 km).
Avnd n vedere faptul c o gestionare durabil a resurselor de ap nseamn
aplicarea principiului bazinal conform cruia resursele de ap se formeaz i se
gospodresc n bazine hidrografice ii integreaz toi utilizatorii de ap de la nivelul bazin
hidrografic respectiv, n cele ce urmeaz sunt subliniate o serie de aspecte
hidromorfologice ale principalelor bazine hidrografice din ara noastr.
1. Bazinul hidrografic al fluviului Dunrea
Dunrea este cel mai mare fluviu al Europei Centrale i de Sud - Est, fcnd parte
din bazinul de recepie al Mrii Negre. Are un bazin hidrografic cu o suprafa de 817.000
km2, lungimea de 2.912 km i cu un debit mediu la vrsare de 6.300 mc/s. Cderea
total a Dunrii, de la izvoare la vrsare este de 678 m, ceea ce conduce la o pant
medie de 24 cm/km.
Dunrea se formeaz la Donaueschingen (678 m), din unirea a doi aflueni de
dimensiuni reduse - Brege i Brigach - ce-i au izvoarele sub Vrful Kandel (1.125 m).
Bazinul hidrografic ocup 8% din suprafaa Europei, extindndu-se pe teritoriul a
zece ri - Germania, Austria, Slovacia, Ungaria, Iugoslavia, Romnia, Moldova, Croaia,
Bulgaria i Ucraina i trece prin patru capitale - Viena, Bratislava, Budapesta i Belgrad.
n cursul superior (de la izvoare la Bratislava) primete aflueni nvalnici, bogai
n debite din Alpi: Isarul, Innul i Ennsul pe dreapta, iar pe stnga Morava, Valiul i
Hronul.
n cursul mijlociu, strbtnd C. Panonic, Dunrea primete pe teritoriul iugoslav
unii din cei mai mari aflueni ai si: Drava, Sava, Morava (srbeasc), pe dreapta i Tisa,
pe stnga.
Cursul inferior reprezint Dunrea romneasc pe 1.075 km (38%) de la Bazia,
unde fluviul intr n ar i pn la Sulina, prezentndu-se n mai multe sectoare:
Sectorul Bazia-Porile de Fier (pn aproape de Drobeta Turnu Severin),
denumit i sectorul defileului, deoarece Dunrea a tiat M-ii Banatului i
munii din Serbia i Muntenegru, formnd cel mai lung defileu din Europa
pe 144 km. Acest sector este o asociere de bazinete depresionare, spate
acolo unde roca a fost mai moale i clisuri, unde roca a fost mai dur.
Sectorul Porile de Fier-Clrai (sectorul luncii), unde fluviul scpat de
strnsoarea munilor i domolete cursul, albia se lete (800 m limea
medie), formndu-i o lunc larg pe malul romnesc.
-
Hidrologie
42
Sectorul Clrai-Brila, denumit i sectorul blilor, deoarece Dunrea
se desparte i formeaz Balta Ialomiei, ntre braul Borcea i Dunrea
Veche, iar mai apoi Balta Brilei ntre Dunrea Nou i Dunrea Veche.
Lunca are lime maxim de pn la 20 - 25 km. Terenurile cu mlatini,
bli, grle, canale prin desecri i ndiguiri au devenit cmpuri fertile
cultivate cu cereale i plante tehnice. De aceea, Balta Brilei a devenit
Insula Mare a Brilei.
Sectorul Dunrii maritime, ntre Brila i Sulina. Pe acest sector, Dunrea
are adncimea de pn la 12 m i limea albiei mai mare de 1 km.
Dunrea ocolete Podiul Dobrogei de Nord, iar de la Ptlgeanca se
bifurc n 2 brae: Chilia (60% din debit) i Tulcea (40% din debit). n aval
de Tulcea, braul Tulcea se bifurc n braele Sulina (18,8% din debit) i Sf.
Gheorghe (21,2%), acesta fiind cel mai meandrat. Cel mai nou pmnt
romnesc, Delta Dunrii s-a format prin nchiderea unui fost golf al Mrii
Negre de cordoane de litorale i transformarea sa n liman i mai apoi n
delt n holocen.
Dunrea colecteaz aproape ntreaga reea de ape curgtoare din ara noastr:
9 grupa de vest a rurilor interioare, avnd colector rul Tisa, cuprinde Vieul i Iza, principalele ruri ale Maramureului, Someul (format prin unirea Someului Mare
cu Someul Mic), Barcul, Criul Alb, Criul Negru, Criul Repede, Mureul (care
este i cel mai mare ru al Transilvaniei ce primete Trnava Mare, Trnava Mica,
Arieul, Sebeul) i Bega;
9 grupa de sud a rurilor interioare constituie afluenii direci ai Dunrii: Timiul, Brzava, Caraul, Nera, Cerna, Jiul, Oltul, Argeul, Ialomia;
9 grupa estic a rurilor interne ce cuprinde 2 ruri principale: Siretul cu afluenii (Trotu, Bistria, Moldova, Buzu) i Prutul.
2. Bazinul hidrografic al rului Arge
Bazinul hidrografic Arge se nvecineaz la nord i vest cu bazinul hidrografic Olt, la
vest cu bazinul hidrografic Vedea i la est cu bazinul hidrografic Ialomia (fig. 1).
Este situat ntr-o regiune foarte bine populat (peste 3,3 milioane locuitori n zonele
urbane i rurale) i dezvoltat (industrie, agricultur, pduri i resurse naturale) din ar.
Bazinul Arge este unul dintre cele mai importante bazine hidrografice din
Romnia datorit potenialului foarte ridicat de producere a energiei electrice i
alimentare cu ap (pentru industrie, irigaii, populaie, incluznd capitala - Bucureti care
este situata n acest bazin). De asemenea, acest bazin este unul dintre cele mai bine
echipate bazine hidrografice din ar avnd un mare numr de lacuri de acumulare cu
folosine complexe (producerea de energie, atenuarea viiturilor, alimentari cu ap), de
derivaii bazinale i interbazinale, de regularizri, de ndiguiri, de prize de ap i altele.
-
Hidrologie
43
Bazinul hidrografic Arge dispune de bogate resurse de ap, suficiente pentru
principalii utilizatori din zon, dar neuniform distribuite n timp i spaiu.
Principalele surse de ap din bazinul Arge sunt apele de suprafa, reprezentate
de ruri i lacuri de acumulare i apele subterane (freatice i de mare adncime).
Resursele de ap teoretice totale din bazin sunt evaluate la 2656 mil.m3 (din care 1960
mil.m3 provin din apele de suprafa i 696 mil.m3 din apele subterane). Circa 85,5% din
aceste resurse teoretice sunt utilizabile din punct de vedere tehnic (2271 mil.m3 din care
1671 mil.m3 provin din ruri, lacuri i lacuri de acumulare i 600 mil.m3 din apele
subterane). Nivelul de utilizare a resurselor de ap n bazin este mare, circa 600 m3/loc.
anual, doar din apele de suprafa.
Rul Arge este un important ru interior ce izvorte din Munii Fgra (avnd
dou izvoare, prurile Capra i Buda), curge n direcie sudic intersectnd o zon
muntoas, cmpii nalte i joase i n final se vars n fluviul Dunrea lng Oltenia, la
sud de Bucureti. Rul Arge are lungimea de 340 km i suprafaa total a
bazinului de recepie este de 12.550 km2. Principalii aflueni ai Argeului sunt Vlsan, R.
Doamnei, R. Trgului i Dmbovia, pe partea stng a bazinului i Neajlov, pe partea
dreapta. Dmbovia strbate capitala Romniei printr-un canal construit n perioada
1987-1989.
Reeaua hidrografic a rului Arge cuprinde un mare numr de ruri, cu o
lungime total de 4579 km (5,8 % din lungimea total a rurilor interioare din ar).
Ru Lungime Suprafa
Arge 340 12.550
Dmbovia 286 2.824
Sabar 174 1.346
Glavacioc 120 682
Calnistea 112 1.748
Dmbovnic 110 639
Neajlov 186 3.720
Carcinov 43 184
R. Trgului 72 1.096
R. Doamnei 107 1.836
top related