apa subteranDisciplina tiinelor hidrologice care se ocup de apele subterane este hidrogeologia. Aceasta are ca obiect, pe de o parte, cunoaterea condiiilor geologice i hidrologice i a legilor fizice care guverneaz originea, prezena, micrile i proprietile apelor subterane, iar pe de alt parte, aplicarea acestor cunotine la prospectarea apelor subterane, captarea, exploatarea, protecia i gestionarea apelor subterane. Hidrogeologia pune, de asemenea, accentul pe relaia ntre apele subterane i mediul geologic, adic chimia, modurile de migraie a substanelor chimice, acumularea apei etc.

Studiile hidrogeologice detaliate sunt adesea necesare pentru stabilirea bilanului hidrologic al unui bazin. Cunoaterea structurilor hidrogeologice permite fixarea limitelor unui bazin hidrografic, verificarea concordanei bazinului hidrografic cu bazinul de ape subterane, localizarea stratelor acvifere cu diferite adncimi i stabilirea relaiilor dintre ele i cu apele de suprafa.

Reamintim c sistemul de ape subterane este legat de ciclul hidrologic prin diferite procese: infiltraie prin zona nesaturat, aport subteran prin percolaie i drenan, evaporare prin zona neasturat i, n sfrit, sub-curgerile.

1. AcvifereHidrogeologia se bazeaz pe analiza a dou entiti eseniale, acviferul i pnza de ap subteran.

Un acvifer este o formaiune geologic permeabil (sol sau roc) ai crei pori sau fisuri comunic i sunt suficient de largi pentru ca apa s poat circula liber sub efectul gravitii (exemple: nisipuri, pietriuri, calcare fisurate, gresii etc.). Acviferul constituie deci un rezervor de pnze de ap subteran.

Pnza de ap subteran este constituit din ansamblul apelor cuprinse n zona saturat a acviferului, toate prile lui fiind n continuitate hidraulic.

Se disting mai multe tipuri de pnze:

Pnza liber este o pnz a crei limit superioar n formaiunea poroas este cu suprafa liber, fr constrngeri fizice. Primele pnze ntlnite se numesc pnze freatice. Presiunea exercitat pe acoperiul acestei pnze este egal cu presiunea atmosferic.

Pnza captiv este o pnz de ap subteran nchis ntr-o formaiune geologic permeabil aflat ntre dou formaiuni impermeabile. Apa coninut n pnza captiv este, astfel, supus la o presiune superioar presiunii atmosferice. Suprafaa fictiv a acestei pnze corespunde cu suprafaa piezometric i este situat deasupra limitei superioare a acviferului pe care l nchide. Atunci cnd sarcina hidraulic este superioar nivelului solului, apa nete n mod natural. Acest fenomen este numit artezianism, iar pnza captiv de acest tip se numete pnz artezian. De observat c pnza captiv prezint i o suprafa liber, prin care apa se poate infiltra. Aceast zon de alimentare se numete suprafa de captare. Pnza semi-captiv aparine unui acvifer al crui acoperi sau/i substrat este constituit dintr-o formaiune semipermeabil. Schimburile de ap cu aceast formaiune semipermeabil suprapus sau subjacent, realizate n anumite condiii hidrodinamice favorabile (diferene de sarcin), sunt numite drenan. Pnza suspendat este o pnz liber, permanent sau temporar, format ntr-o zon nesaturat i care se afl deasupra unei pnze de ap liber cu extindere mai mare.2. Managementul apei subterane

Pentru a gospodri n mod inteleigent rezervele de ap subteran dintr-un bazin hidrologii trebuie s fac dou msurtori: cantitatea total de ap nmagazinat n bazinul acvifer i cantitatea de ap pe care acviferele o pot produce zi de zi pe o perioad lung de timp (producia durabil).

Un bazin de ap subteran const dintr-unul sau mai multe acvifere cu limite geologice i arii surs bine definite.

Determinarea cantitatii de ap utilizabil dintr-un bazin se bazeaz pe conceptul de producie specific a materialelor care conin ap.

Producia specific = raportul dintre volumul de ap pe care un acvifer l produce prin curgere gravitaional i volumul total de material, exprimat n procente.

Ex.1: argil saturat, cu porozitate de 25% are o producie specific de 3%

adic 3% din porozitatea saturat va fi drenat ntr-un pu, iar 22% va rmne n pori (reteie specific).

Ex. 2: nisip cu porozitate 35%, producie specific de 23%, retenie 12%.

capacitatea total de nmagazinare a apei ntr-un acvifer poate fi calculat ca produsul dintre producia specific i volumul acviferului determinat din datele de foraj

producia durabil este cantitatea de ap care poate fi extras pe termen lung, fr a epuiza resursa. Mai dificil de estimat, ntruct este afectat de precipitaii, iroire i alimentare.

- producia durabil trebuie estimat pentru un management corect al resursei

- daca apa estras este n cantitate mai mare dect producia durabil, nivelul hidrostatic scade la nivele foarte adnci i duce la epuizarea resursei, iar n final la subsident

- invazia apei srate n acviferele de coast, dac nivelul hidrostatic este cobort prin pompare pn la nivelul mrii.

3. Calitatea apei

Substane dizolvate

Apele naturale conin concentraii diferite de elemente chimice, unele toxice (As etc.), altele necesare pentru a susine viaa i sntatea

Au fost stabilite standarde de puritate pentru apa potabil, bazate pe puritatea apei, adic pe concentraiile permise pentru diferite substane dizolvate n apa natural. Aceste concentraii sunt exprimate n mg/l.

Calitatea apei poate fi alterat fie de un coninut total de sruri mare, fie de o cantitate mic dintr-un element toxic.

Sursa elementelor toxice:

dizolvarea mineralelor din formaiunilor geologice

intruziunea apei de mare

introducerea de poluani industriali n apa subteran

- duritatea apei (Ca+Mg)

- bicarbonai, sulfai laxative

- Fe, Mn culoare anormal a ceaiului, cafelei, gust metalic, pteaz rufele

- Cu piele verde

- Pb, As poluani persisteni, care se nmagazineaz n organism

- azotai - >10 ppm methemoglobinemia (sindromul copilului albastru)

- Na n concentraie prea mare duntor pentru cardiaci

- F 1-1,5 ppm reduce cariile, ncetinete osteoporoza

>4 ppm dini ptai

4. Poluarea apei subterane. Poluare apei se refer la introducerea materialelor chimice, fizice sau biologice ntr-un corp de ap natural, ceea ce afecteaz utilizrile ei ulterioare. Este o problem serioas i mai rspndit dect se credea, deoarece poate fi nevoie de mii de ani pentru ca apa contaminat s fie eliminat dintr-un acvifer i nlocuit cu ap curat, n timp ce apele din ruri pot fi nlocuite n doar cteva zile.

Timpul de reziden, intervalul mediu de timp necesar pentru eliminarea unei substane dintr-un sistem, adic timpul care trece pn cnd apa dintr-un acvifer, lac, ru, ghear sau ocean este complet nlocuit i i continu drumul n ciclul hidrologic, este un concept important n studierea apelor poluate.

Timpul de reziden al apei din ruri a fost determinat ca fiind de cteva zile, al apelor din lacurile mari cteva zeci de ani, n acviferele din pietriurile de mic adncime de cteva zile, iar pentru acviferele de mare adncime, cu permeabilitate sczut mii sau sute de mii de ani. Cunoaterea acestor date ne permite s estimm timpul aproximativ n care un sistem se va cura n mod natural i ne indic acele cazuri n care poluantul trebuie ndeprtat din corpul de ap n mod artificial datorit timpului lung de reziden.

Dei cea mai mare parte a polurii se datoreaz depozitrii neglijente a deeurilor la suprafaa terenului, o anumit parte se datoreaz scurgerii de materiale toxice n excavaii sau mine. n mediile urbane, poluarea apei subterane apare datorit depozitrii improprii a deeurilor industriale, scurgerilor din sistemele de evacuare a apelor reziduale, scurgerilor din tancurile vechi de combustibil, scurgerilor din iazurile de decantare a apelor reziduale i scurgerilor din depozitele de deeuri chimice.n ariile suburbane i agricole, poluarea att a apelor subterane, ct i a celor de suprafa se poate datora scurgerilor din tancurile septice, scurgerilor de la cresctoriile de animale, utilizrii de fertilizatori anorganici (azotai, fosfai), utilizrii ierbicidelor i pesticidelor. O cauz mai recent a poluarii solului i apelor subterane o reprezint scurgerile din tancurile de nmagazinare a combustibililor fosili. Solurile pot fi curate de hidrocarburi biologic, cu ajutorul bacteriilor, proces cunoscut sub numele de bioremediere sau prin aerare i oxidare a peliculeor de hidrocarburi. Benzina care plutete pe apa subteran trebuie ndeprtat, att benzina, ct i apa putnd fi dup aceea utilizate.

Poluanii organici din ap (PCB = policlorobifenili, DDT = diclorodifeniltricloroetan, benzen, fenoli, dioxin etc.) pot avea efecte grave asupra sntii i asupra mediului . Diferenele de densitate dintre apele subterane i anumii poluani sunt uneori folosite pentru a lua msuri de remediere. De exemplu, hidrocarburile plutesc pe apa subteran, n timp ce saramurile din industrie i agricultur se scufund la nivelele inferioare. Benzina i alte hidrocarburi care plutesc pe apa subteran pot produce vapori care se ridic spre suprafaa Pmntului i pot ajunge sub sau n pereii cldirilor. Dac aceti vapori conin BTX (benzen, toluen, xilen) ei sunt cancerigeni. n acest caz, apa poluat este adus la suprafa, unde poluanii volatili coninui sunt gazeificai i eliberai n atmosfer fr efecte adverse.

5. Conservare i surse alternativeConservarea apei este o obligaie ceteneasc acolo unde resursele de ap sunt reduse. Folosirea apei utilizate i reciclate, aa-numita ap gri, este msura cea mai simpl de conservare, dup raionalizare. Apa reciclat la du, baie sau splarea rufelor poate fi utilizat pentru irigarea grdinilor, mai ales atunci cnd sunt folosii detergeni i spun biodegradabili. Apa gri contaminat cu clor nu poate fi ns folosit. Desalinizarea apei de mare este o alternativ viabil acolo unde nu exist surse de ap. Este un proces scump, iar apa trebuie pompat spre utilizatorii din amonte, ceea ce crete costurile. De aceea, uzinele de desalinizare se gsesc numai n zonele de coast deertice (Orientul Mijlociu), pe insule mici, care nu primesc prea mult ap.

Alimentarea artificial a acviferelor n timpul anilor foarte ploioi poate produce beneficii pe termen lung. Alimentarea se face prin devierea apei, care n mod normal ar curge n ruri, n bazine artificiale nconjurate de diguri. Acestea rein temporar apa curgtoare, dndu-I timp s se infiltreze prin patul bazinului n acvifer. Prin aceast realimentare a acviferelor cnd este disponibil un surplus de ap sau ap abundent i ieftin adus din alt parte, oamenii din anumite zone susceptibile la secet se pot pregti pentru secetele episodice.