UNIVERSITATEA ECOLOGICA DIN BUCURESTI

FACULTATEA DE ECOLOGIE SI PROTECTIA MEDIULUI

GIULIANO TEVI ANDRA CLIN

HIDROLOGIE I HIDROGEOLOGIE

CURS PENTRU NVMNTUL CU FRECVEN REDUS

2010

2

CUPRINS

CURS INTRODUCTIV...................................................................................................... 3 CAPITOLUL 1 - Introducere.............................................................................................. 4 CAPITOLUL 2 Fundamentele chimiei apei .................................................................. 14 CAPITOLUL 3 - Factorii fiziografici ai bazinului hidrografic i ai reelei hidrografice . 23 CAPITOLUL 4 - Elemente de hidrometrie ...................................................................... 30 CAPITOLUL 5 Elementelor morfometrice ale bazinului i ale subbazinelor............... 36 CAPITOLUL 6 - Procese de scurgere reeaua hidrografic .......................................... 38 CAPITOLUL 7 - Alimentarea rurilor ............................................................................. 45 CAPITOLUL 8 - Regimul termic i de nghe al rurilor, limnologie ............................. 51 CAPITOLUL 9 - Hidrogeologie 1.................................................................................... 65 CAPITOLUL 10 - Hidrogeologie 2.................................................................................. 73 CAPITOLUL 11 - Hidrogeologie 3.................................................................................. 79 CAPITOLUL 12 - Schematizarea hidrostructurilor ......................................................... 87 CAPITOLUL 13 Contaminarea apelor subterane.......................................................... 91 BIBLIOGRAFIE............................................................................................................. 110

3

CURS INTRODUCTIV

Obiectivele cursului:

Asimilarea cunotinelor legate de apele de suprafa circuitul apei, alimentare, bazin hidrografic, tipuri de reea hidrografic, elemente de limnologie i oceanologie;

Asimilarea cunotinelor legate de apele subterane proprietile terenurilor permeabile, tipuri de acvifere, dinamica apelor subterane, vulnerabilitate la poluare, elemente de protecie.

Evideniaz importana i rolul apelor de suprafa i apelor subterane n procesele naturale, n viaa omului i n economia naional.

Cunoaterea i caracterizarea proceselor principale de poluare ce afecteaz mediul acvatic, precum i a poluanilor i surselor de poluare.

Scopul cursului: integrarea cunotinelor specifice hidrologiei i hidrogeologiei n domeniul larg al tiinelor mediului i conectarea cu necesitile practice ale proteciei mediului; evaluarea modificrilor pe care le sufer natura ca urmare a dezvoltrii sistemului socio-economic, la scri spaiale locale, regionale i globale.

4

CAPITOLUL 1 - Introducere

Locul hidrologiei i hidrogeologiei ntre tiinele mediului

Subdomenii ale hidrologiei: Potamologia se ocup cu studiul apelor curgtoare; Limnologia studiaz geneza, evoluia i proprietile unitilor

lacustre;

Glaciologia studiaz rspndirea zpezilor permanente i a ghearilor, geneza i micarea lor, tipurile de gheari;

Oceanologie se ocup cu studiul marilor i oceanelor Hidrometria se ocup cu organizarea posturilor i staiilor

hidrometrice din reeaua de ruri, lacuri, mlatini, ale unui bazin hidrografic, cu metodele i msurtorile hidrometrice (niveluri, debite, temperatur, chimism, etc.)

Domenii de aplicare a hidrologiei i hidrogeologiei: Alimentri cu ap pentru diveri utilizatori (industrie, agricultura, consum

menajer, etc.); Amenajri piscicole;

Hidrologia este disciplina care se ocup de studiul proprietilor generale ale apelor de la suprafaa scoarei terestre, ale micrii i distribuiei apei pe pmnt, legile generale care dirijeaz procesele din hidrosfer, atmosfer, litosfer i biosfer, precum i prognoza evoluiei elementelor hidrologice, n vederea folosirii raionale a acestora n economie.

Hidrogeologia este o ramur a geologiei care se ocup cu distribuia i dinamica apei subterane n sol i n roci permeabile din crusta terestr.

5

Amenajri hidrotehnice; Navigaie.

Apa

Apa n natur: apa de ploaie - poate prezenta

dizolvate anumite impuriti de tipul: CO2, NH3 sau chiar H2S,

SO2- ca urmare a contactului

prelungit cu aerul;

apele subterane au cea mai variat compoziie dintre toate apele naturale;

apele din ruri - au o compoziie variabil. Sunt n general slab mineralizate. Conin Ca2+ i

6

HCO3- i mai rar SO42- i Cl-.

apele mrilor i oceanelor - sunt puternic mineralizate. Mrile interioare

au concentraii n sruri, fie mai mari (Marea Mediteran), fie mai mici (Marea Neagr - n special NaCl) comparativ cu apele oceanelor. Srurile apei de mare conin 89% cloruri, 10% sulfai, 0,2% carbonai.

Rspndirea apei pe glob

Apa ocup 361,3 mil. km2 ceea ce reprezint 70,8 % din suprafaa globului. Din volumul total de ap, 97,3% i revin apei srate n timp ce din totalul apei dulci 77,30% revin ghearilor, 22,40%

apelor subterane i doar 0,36% lacurilor, rurilor, etc.

7

Ocean S (mil. km2) % Continent S (mil. km2) % Pacific 178,7 49,5 Europa 10,5 7 Atlantic 91,7 25,4 Asia 44,35 29,8 Indian 76,2 21,1 Africa 29,8 20

Arctic 14,7 4,0 America de N i de S 42,12 28,2

Australia 8,93 6 Antarctica 13,3 9 Ocean planetar 361,3 100 Uscat 149 100

Circuitul apei

Din volumul total al apelor subterane, 8,467 milioane km2 corespund acviferelor situate pn la adncimea de 200 m (Scrdeanu, 2005). Din datele UNESCO rezult c numai 0,63% din volumul total de ap al globului este disponibil pentru om. Circulaia apei n natur se realizeaz sub influena a doi factori:

evaporare;

gravitaie.

Mare parte din schimbul de ap (80 90%) are loc deasupra oceanului.

8

Circuitul hidrologic este un sistem deschis n care radiaia solar este principala surs de energie. Trecerea apei dintr-o stare de agregare n alta este asociat cu schimbarea energiei termine a acesteia.

Circuit local Circuit universal

9

10

Apa se evapor de la suprafaa oceanelor (n mod convenional descrierea dinamicii circuitului hidrologic ncepe cu oceanul), vaporii de ap din atmosfer, n condiii favorabile, se transform n precipitaii care ajung pe pmnt sau se evapor nainte s ating

suprafaa acestuia.

Precipitaiile care ajung la sol intr pe diferite ci n circuitul hidrologic:

evaporare la suprafaa

solului i revenirea n

atmosfer;

stocarea pe suprafaa topografic sub form de ghea, zpad sau ap lichid

curgere de suprafa difuz sau organizat n reeaua hidrografic; infiltrare n formaiuni

permeabile.

11

Factori ce influeneaz circuitul apei n natur

Energia necesar ciclului hidrologic global este furnizat n principal de radiaiile solare. Radiaia solar este parial reflectat n atmosfer, fraciunea reflectat este numit albedou i se exprim n procente

Radiaiile solare la contactul cu solul i apele curgtoare de suprafa se transform n energie caloric provocnd nclzirea aerului atmosferic, solului i apelor de suprafa i subterane. Regimul termic al solului Energia caloric recepionat de sol de la radiaia solar este separat n dou componente distincte:

o component care se propag n profunzime i contribuie la modificarea temperaturii unui strat relativ subire de sol de la suprafaa (maximum 810 m);

a doua component care contribuie la modificarea temperaturii aerului cu care vine n contact (aerul atmosferic i cel din zona de aerare a acviferelor).

Regimul termic al aerului Sursa de cldur principal care determin regimul termic al aerului este solul. Prin difuzia energiei calorice din sol spre pturile superioare ale aerului se produce o stratificare a temperaturii aerului.

Variabilitatea radiaiei solare care nclzete solul condiioneaz variaia temperaturii aerului care are valori maxime vara cnd intensitatea insolaiei este maxim i valori minime (negative) iarna cnd insolaia este minim. Variaia diurn a intensitii insolaiei determin diferene mari ntre temperaturile aerului din timpul zilei fa de cele din timpul nopii.

12

Regimul termic al apelor Variabilitatea intensitii radiaiei solare, modalitatea de transfer a energiei calorice i dinamica maselor de ap determin diferenierea regimul termic al apelor de suprafa n raport cu cel al apelor subterane.

Precipitaiile atmosferice Datorit circulaiei maselor de aer de la temperaturi mai ridicate la temperaturi mai reduse, aerul devine suprasaturat i vaporii de ap n exces se transform n precipitaii. Factorii principali care determin repartiia precipitaiilor sunt: poziia fa de oceane i mri, direcia vnturilor dominante, relieful, gradul de mpdurire. Evaporarea este procesul natural, prin care apa, n contact cu aerul atmosferic,

trece din stare lichid n stare de vapori. Acest proces are loc fie la suprafaa apei, fie la suprafaa terenului, vegetaiei, etc.

Vntul este un factor ce influeneaz direct procesul de evaporare, intensitatea acestuia crete direct proporional cu creterea vitezei vntului. Solul influeneaz pe de-o parte procesul de evaporare, prin culoarea i structura sa i pe de alt parte procesele de infiltrare i scurgere de suprafa.

Tipul suprafeei Albedou [%] Zpada curat 7590

Nisipul 3543

Argila 1623

Iarba verde 26

Pdure de conifere 1018

Suprafaa apelor 2

13

Relieful creeaz condiii deosebite n procesul de evaporare prin expunerea versanilor, iar prin pant, controleaz raportul infiltrare / scurgere de suprafa. Prezena vegetaiei controleaz evaporarea, n zonele lipsite de vegetaie sau cu vegetaie redus, evaporarea este mai sczut. Un rol important l are pierderea apei de ctre plante, care prezint valori caracteristice pentru tipuri de plante i chiar pentru specii.

Tema de rezolvat

1. Prezentai circuitul apei n natur.

2. Specificai factorii ce influeneaz circuitul apei n natur. 3. Ce reprezint albedoul?

14

CAPITOLUL 2 Fundamentele chimiei apei

Introducerea n chimia acvatic

Fenomenele chimice

caracteristice mediului acvatic implic reacii acid-baz, de solubilizare, de oxido-reducere i de complexare. Procesele biologice joac un rol important n chimia mediului acvatic. Spre exemplu, algele fotosintetizante pot crete pH-ul apei prin

eliminarea CO2-ului. n sistemele acvatice naturale este mult mai greu de descris fenomenul chimic, deoarece acestea reprezint sisteme deschise cu intrri i ieiri de energie i mas variabile i de asemenea conin faze minerale. Astfel, neputndu-se realiza o descriere exact a chimiei unor sisteme naturale de ap se folosesc metode simplificate, de multe ori bazate pe concepte chimice de echilibru. Cu toate c nu sunt exacte sau realiste n totalitate astfel de modele pot furniza generalizri folositoare i o bun cunoatere ce aparine naturii proceselor chimice acvatice i pun la dispoziie ghidare pentru descrierea i msurarea acestor sisteme.

Gazele din ap

Gazele dizolvate O2 pentru peti i CO2 pentru algele fotosintetizante sunt cruciale pentru bunstarea speciilor vii din ap. Unele gaze din ap pot cauza de asemenea probleme cum ar fi moartea petilor din cauza bulelor de azot formate n snge prin expunerea la ap suprasaturat cu azot. Solubilitatea gazelor din ap este calculat conform Legii lui Henry, conform creia solubilitatea unui

15

gaz dintr-un lichid este proporional cu presiunea parial a gazului n contact cu lichidul.

Oxigenul din ap Fr un nivel apreciabil al oxigenului dizolvat, multe organisme acvatice nu pot tri n ap. Oxigenul dizolvat este consumat prin degradarea materiei organice. O caracteristic important a unui sistem acvatic este capacitatea de a se

reoxigena. Oxigenul din ap provine din aciunea fotosintetizant a algelor, dar aceasta nu este o metoda eficient, deoarece cantitatea de oxigen este pierdut pe timpul nopii n procesele metabolice.

Este important s se fac diferena dintre solubilitatea O2-ului care reprezint concentraia O2-ului maxim dizolvat la echilibru i concentraia oxigenului care nu este n general concentraia la

echilibru i este limitat de rata la care se dizolv oxigenul. Nivelul oxigenului dizolvat se poate apropia repede de 0 dac nu este acionat un mecanism eficient de reaerare a apei. Problema devine n mare una de cinetic, n care exist o limit a ratei la care oxigenul este transferat prin suprafaa de contact dintre ap i aer. Aceast rat depinde de turbulen, mrimea bulelor de aer, temperatur i ali factori. Degradarea mediat de microorganisme a numai 7 sau 8 mg de material organic poate consuma complet oxigenul dintr-un litru de ap iniial saturat cu aer la temperatura de 25 C. Efectul temperaturii asupra solubilitilor gazelor din ap este important n mod special n cazul oxigenului. Solubilitatea oxigenului n ap scade de la 14.74 mg/L la 0C la 7.03 mg/L la 35 C. La temperaturi mai mari solubilitatea sczut a oxigenului combinat cu rata respiraiei crescute a organismelor acvatice cauzeaz frecvent condiii n care o cerere mai mare de oxigen nsoit de o solubilitate sczut a gazului n ap duc la epuizarea drastic a oxigenului.

16

Aciditatea apei i dioxidul de carbon n ap

Fenomenul acid-baz n ap implic cedare i acceptare de ioni de H+. Multe specii se comport ca acizi n ap elibernd ioni de H+, iar altele se comport ca baze prin acceptare de H+, molecula de ap avnd caracter amfoter. O specie important n chimia apei este ionul bicarbonat HCO3 ce se poate comporta i ca acid i ca baz. Cu toate c teoretic toate apele au o anumit alcalinitate, apa acid nu este ntlnit des, cu excepia cazurilor de poluare sever. Aciditatea rezult n general din prezena acizilor slabi n special CO2, dar cteodat mai cuprinde i alii cum ar fi H2PO4-, H2S, proteine i acizi grai. Termenul de acid liber mineral este aplicat acizilor tari ca H2SO4 i HCl n ap. Caracterul acid al unor ioni metalici hidrai poate contribui la aciditate.

Dioxidul de carbon n ap

Cel mai important acid slab din ap este dioxidul de carbon. Datorit prezenei sale n aer i a producerii lui din descompunerea microbial a materiei organice, dioxidul de carbon dizolvat este prezent teoretic n toate apele naturale i poluate. Ploaia czut chiar i dintr-o atmosfer complet nepoluat este foarte puin acid datorit prezenei dioxidului de carbon dizolvat. Dioxidul de carbon i produii si de ionizare, ionul bicarbonat HCO3 i ionul CO32- au o influen extrem de important asupra chimiei apei. Multe minerale sunt depozitate ca sruri ale ionului carbonat. Algele din ap utilizeaz dioxid de carbon dizolvat n sinteza biomasei. Echilibrul dioxidului de carbon dizolvat cu cel gazos din atmosfer i echilibrul ionului CO3- ntre soluiile apoase i mineralele carbonice au un puternic efect de tampon asupra pH-ului apei. Ca o consecin a nivelului sczut de dioxid

de carbon atmosferic, apa lipsit de alcalinitate (capacitatea de a neutraliza H+ n echilibru cu atmosfera) conine un nivel foarte sczut de dioxid de carbon. Totui,

17

formaiile CO32- i HCO3 cresc foarte mult solubilitatea dioxidului de carbon. Concentraiile mari de dioxid de carbon pot afecta n mod negativ respiraia i schimbul de gaze cu alte animale acvatice, ns nu ar trebui s depeasc nivele de 25 mg/L. O mare parte din dioxidul de carbon din ap este un produs al degradrii materiei organice de ctre bacterii. Chiar algele fotosintetizante l produc n timpul proceselor metabolice n absena luminii. Concentraia de dioxid de carbon gazos n atmosfer variaz cu locaia i anotimpul, ea crete cu o parte

la milion (ppm) n volum pe an.

Alcalinitatea

Alcalinitatea este capacitatea apei s accepte ioni pozitivi de H (protoni). Aceasta este important n tratarea apei i n chimia i biologia apelor naturale. Apa puternic alcalin are deseori un pH mare i conine n general nivele superioare ale solidelor dizolvate. Alcalinitatea servete drept tampon pentru pH i rezervor pentru carbonul neorganic. De asemenea, ea poate fi folosit ca msur pentru fertilitatea apei deoarece ajut la determinarea abilitii acesteia de a susine creterea algelor. n general, speciile bazice responsabile pentru alcalinitatea din ap sunt ionul hidroxil, ionul bicarbonat i ionul carbonat. Alte specii ce contribuie n mic msur sunt amoniacul i bazele conjugate ale acizilor fosforic, de siliciu, boric. La valori ale pH-ului sub 7 [H+] se diminueaz alcalinitatea. Este important s se fac diferena ntre bazicitatea mare manifestat prin pH ridicat i alcalinitate mare, capacitatea de a accepta ioni de H+. n timp ce pH-ul este un factor de intensitate, alcalinitatea este un factor de capacitate. n termeni de inginerie alcalinitatea este frecvent exprimat n uniti de CaCO3/mg/L bazndu-se pe urmtoarea reacie de neutralizare a acidului:

CaCO3 + 2H+ --- > Ca2+ + CO2 + H2O

18

Exprimarea alcalinitii n termeni de mg/L a CaCO3 poate totui genera confuzie i notarea preferabil pentru chimiti este echivaleni/L, numrul de moli de H+ neutralizai de alcalinitatea unui litru de soluie.

Substane ce contribuie la alcalinitate la diferite valori ale pH-ului

Apa natural are n mod normal o alcalinitate, numit aici [alk] de 1.00 x 10-3 echivaleni/L. Contribuiile realizate de diferite specii la alcalinitatea depind de pH. Acest lucru este demonstrat aici prin calcularea contribuiile relative la alcalinitate a HCO3-, CO32- sau OH- la pH 7.00 i la pH 10.00. Pentru apa la pH 7

[OH-] e prea sczut pentru a aduce o contribuie semnificativ, aadar alcalinitatea este datorat H2CO3-ului. La pH mai mare att OH- ct i CO32- sunt prezente n concentraii semnificative comparativ cu HCO3-.

Carbonul anorganic dizolvat i alcalinitatea

Din valorile deduse mai sus, se poate arta faptul c la aceeai valoare a alcalinitii concentraia carbonului anorganic dizolvat variaz cu pH-ul. Concentraia mai sczut de carbon anorganic la pH 10 arat c sistemul acvatic poate dona carbon anorganic dizolvat pentru folosirea n fotosintez, cu o schimbare a pH, dar nici una a alcalinitii. Aceast diferen n concentraie de carbon anorganic dizolvat, dependent de pH, reprezint o important surs potenial de carbon pentru algele din ap, ce fixeaz carbonul prin reacii complexe. Dac carbonul anorganic dizolvat este folosit pentru sinteza biomasei, apa devine mai bazic. Cantitatea de carbon anorganic dizolvat ce poate fi consumat nainte ca apa s devin prea bazic pentru a permite reproducerea algelor este proporional cu alcalinitatea.

19

Influena alcalinitii asupra solubilitii dioxidului de carbon

Solubilitatea crescut a dioxidului de carbon din apa cu o alcalinitate ridicat poate fi ilustrat prin compararea ei n ap pur (alcalinitatea 0).

Calciul i alte metale n ap

Ionii de metal din ap, exist sub numeroase forme. Pentru a asigura cea mai mare stabilitate a nveliurilor exterioare ale electronilor, ionii de metal sunt unii cu apa sau coordinai cu alte specii. Acestea pot fi molecule de ap sau alte baze mai tari. Aadar, ionii metalici n soluie apoas sunt prezeni sub form de cationi metalici hidratai. Ionii metalici n soluie apoas tind s ating o stare de stabilitate maxim prin reacii ce include reaciile acid-baz.

Ionii metalici hidratai ca acizi

Ionii metalici hidratai, n special cu sarcina 3+, sau mai mare, tind s piard ioni de H+ din moleculele de ap legate de ei n soluii apoase i se potrivesc definiiei acizilor a lui Brnsted conform creia acizii sunt donori de H+ i bazele sunt acceptori. Aciditatea unui ion metalic crete cu sarcina i scade cu creterea razei. Ionii metalici trivaleni hidratai, cum ar fi fierul, au n general minus cel puin un ion de H- la valori neutre ale pH-ului sau chiar mai mici. Pentru ionii metalici tetravaleni formele complet protonice sunt rare chiar la valori foarte

sczute ale pH-ului. n general, ionii metalici bivaleni nu pierd un ion de H- la valori ale pH-ului mai mici dect 6 n timp ce ionii monovaleni ca Na+ nu se comport deloc ca acizi, ei exist n soluie apoas ca ioni simpli hidratai. Tendina ionilor metalici hidratai de a se comporta asemenea acizilor poate avea

un efect important asupra mediului acvatic.

20

Calciul din ap

Dintre cationii gsii n majoritatea sistemelor acvatice continentale, calciul are n general cea mai mare concentraie. Chimismul calciului, dei destul de complicat, este totui mai simplu dect al ionilor metalici de tranziie gsii n ap. Calciul este un element cheie n multe procese geochimice. Mineralele constituie

sursa primar de ioni de calciu din ap. Printre mineralele primare ce contribuie,

se numr gipsul CaSO4 2 H2O, anhidritul CaSO4, dolomitul CaMg(CO3)2. Apa ce conine un nivel ridicat de CO2 dizolv rapid calciul din mineralele sale: CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2 HCO3. Cnd aceast reacie are loc invers i CO2 e eliberat din ap se formeaz depozite de CaCO3. Dioxidul de carbon catigat de ap prin echilibrare cu atmosfera nu justific nivelele de calciu dizolvate n ape naturale n special n ape subterane. Respiraia microorganismelor, degradarea materiei organice n ap, sedimente i sol sunt factori de cretere a nivelului de CO2 i HCO3-.

Dioxidul de carbon dizolvat i mineralele carbonatului de calciu

Echilibrul dintre dioxidul de carbon dizolvat i mineralele carbonatului de calciu este important pentru determinarea mai

multor parametri naturali ai chimiei apei cum ar fi alcalinitatea, pH-ul i

concentraia calciului dizolvat.

Legtura i structura complecilor metalici

Aceast seciune discut unele dintre fundamentele ce ajut n nelegerea reaciei de complexare din ap. Un complex const ntr-un atom central de metal

pentru care sarcinile neutre sau negative ale liganzilor ce dein proprietatea de electron-donor sunt legate. Complexul rezultat poate fi netru, poate avea o sarcin

21

pozitiv sau negativ. Liganzii se spune c sunt coninui n interiorul sferei de coordinare a atomului central de metal. Numrul de coordinare al unui atom de metal sau ion este numrul de liganzi al grupurilor electron-donor care sunt legai de el. Cele mai comune numere de coordinare sunt 2, 4, 6.

Selectivitatea i specificitatea n chelare

Cu toate c agenii de chelare nu sunt niciodat complet specifici pentru un ion de metal particular, anumii ageni complicai de chelare de origine biologic se apropie de specificitate complet pentru anumii ioni ai metalelor. S-a observat c cianobacteria din speciile Anabaena secret cantiti semnificative de ageni de chelaie n timpul perioadei de nflorire a algelor. n concluzie, agentul de chelare are o dubl funcie de promovare a creterii anumitor cianobacterii n timp ce suprim creterea speciilor competitoare, permind cianobacteriilor s existe ca specie dominant.

Calculul concentraiei speciilor

Stabilitatea ionilor compleci n soluie este exprimat n termeni ai constantelor de formare. Acestea pot fi constante de formare (expresii K) ce reprezint legtura liganzilor individuali cu un ion metallic sau constante globale de formare (expresii b) ce reprezint legtura dintre doi sau mai muli liganzi i un ion de metal.

Reacia de complexare realizat de liganzi

n general agenii de complexare, n special compuii de chelaie sunt bazele conjugate ale acizilor lui Brnsted. La pH-ul aproape netru ntlnit n apele naturale, majoritatea liganzilor sunt prezeni sub form de acid conjugat. Pentru a

22

nelege competiia dintre ionul de hidrogen i ionul de metal pentru un ligand, este folositor s se cunoasc distribuia speciilor de liganzi ca o funcie a pH-ului.

Se ia nconsiderare acidul nitrilotriacetic denumit n general H3T. Sarea trisodic a acestui compus (NTA) este un puternic agent de chelaie. Procesele biologice sunt necesare pentru degradarea NTA-ului. Datorit abilitii NTA-ului de a solubiliza i a transporta ionii de metale grele acest material este de o importan considerabil pentru mediu.

Procesele de complexare si cele redox

Complexarea poate avea un efect puternic asupra echilibrului oxidoreductor prin reaciile de transfer, ca cea pentru oxidarea plumbului. Pb Pb2+ + 2 e- Multe metale formeaz nveliuri autoprotective de oxizi, carbonai i alte specii insolubile care mpiedic reaciile chimice n continuare. Cuprul, aluminiul i fierul sunt exemple de metale autoprotective. Un agent de chelare, n contact cu asemenea metale, poate duce la disoluia continu a nveliului protector astfel nct metalul expus corodeaz repede.

Tema de rezolvat 1. Care este diferena dintre solubilitatea oxigenului i concentraia acestuia? 2. Cum afecteaz temperatura solubilitatea gazelor din ap? 3. In funcie de ce factori crete concentraia de dioxid de carbon gazos n atmosfer? 4. Ce este alcalinitatea i care este importana ei?

5. Care este diferena dintre bazicitate mare i alcalinitate mare? 6. Ce este numrul de coordinare al unui atom de metal sau ion? 7. Ce sunt agentii de chelare i ce funcii au?

23

CAPITOLUL 3 - Factorii fiziografici ai bazinului hidrografic i ai reelei hidrografice

Evoluia oricrui bazin hidrografic este rezultatul interaciunii dintre regimul fluxului de materie i de energie care ptrunde i circul n limitele lui i rezistena opus de suprafaa topografic. n condiii normale, principala surs de materie o constituie precipitaiile, iar principala surs de energie o constituie radiaia solar. Aadar, bazinul hidrografic ndeplinete o funcie de transfer, primind materia concretizat n precipitaii i transformnd-o n materie care se scurge n albia minor a rului.

Bazin hidrografic

Bazin hidrogeologic

Bazin hidrografic

Bazin hidrogeologic

Bazinul hidrografic reprezint domeniul scurgerii de suprafa, el fiind delimitat de cumpna apelor de suprafa, care urmrete punctele de cot maxim de pe harta topografic.

Bazin hidrogeologic - domeniu acvifer, simplu sau complex, n care apele curg spre o aceeai ieire sau grup de ieire. Este delimitat de o linie de partajare a apelor subterane.

24

Morfometria reelei hidrografice

Profilul transversal al albiei albia minor suprafaa udat permanent sau n cea mai mare

parte a anului;

albia major cuprinde albia minor i zonele de lunc, udat la debite maxime;

talvegul linia imaginar corespunztoare adncimilor maxime ale albiei minore.

Profilul longitudinal al albiei - este o reprezentare n plan vertical a

liniei talvegului i a liniilor suprafeei libere la un anumit nivel.

Bazin hidrografic

Bazin hidrogeologic

Bazin hidrografic

Bazin hidrogeologic

25

Morfologia talvegului n profil longitudinal este cu pante abrupte n sectoarele muntoase i cu pante din ce n ce mai reduse n zonele deluroase i de cmpie. Denivelrile din plan vertical ale talvegului produc pante variabile ale suprafeei libere la debite mici ale rului, pante care se egalizeaz la debite mari.

Densitatea reelei hidrografice, condiioneaz capacitatea rurilor de colectare a apelor din precipitaii i subterane. Densitatea reelei hidrografice exprim raportul dintre suma lungimii rurilor dintr-o suprafa oarecare, care n mod frecvent este considerat chiar suprafaa bazinului. D = L/S (D densitatea reelei, L lungimea tuturor ramificaiilor reelei, S suprafaa care nscrie reeaua hidrografic) Reprezentri grafice:

densitatea reelei redat pe bazine hidrografice de ordinul I; densitatea reelei redat prin metoda ptratelor cu latura de 1 km; densitatea reelei redat prin metoda izodenselor.

Suprafa liber temporar

Suprafa liber permanent

Albie minor

Albie major

Lunc

Lu

nc

Talveg

26

Densitatea reelei hidrografice este cu att mai mic cu ct terenurile sunt mau dure i mai rezistente la eroziune (granite, gnaise etc.), n timp ce pentru terenuri slabe (argile) este suficient un debit redus pentru a se dezvolta o reea de drenaj cu densitatea mare. Terenurile foarte permeabile (nisipuri, pietriuri) condiioneaz o densitate redus a reelei hidrografice datorit infiltrrii rapide, n timp ce terenurile practic impermeabile determin o valoare mare a densitii acesteia.

27

28

Suprafaa bazinului hidrografic - reprezint spaiul geografic n cadrul cruia se desfoar toate procesele i fenomenele care privesc schimbul i transferul de mas i energie cu mediul nconjurtor. Pentru acelai curs de ap, suprafaa bazinului hidrografic crete n raport cu creterea lungimii cursului de ap.

Perimetrul bazinului - este considerat ca fiind egal cu proiecia orizontal a lungimii cumpenei de ape a unui bazin.

Coeficientul de compactitate al bazinului (kc) - indic gradul de compactitate al suprafeei respective. Acest parametru se ia n considerare, pentru a se putea stabili gradul de drenare a apelor de suprafa pe anumite suprafee, lucru ce se realizeaz, inndu-se cont de faptul c pe suprafeele circulare, apa este drenat mult mai uor. Parametrul kc se calculeaz ca raport ntre perimetrul real (Pr) i perimetrul cercului echivalent (Pce).

Unde A reprezint suprafaa analizat i P reprezint perimetrul suprafeei Coeficientul de sinuozitate (ks) - este un parametru important pentru

evoluia unui ru sau pru i arat gradul de maturitate a rului n corelaie cu substratul geologic al albiei. n zona de cmpie, acest coeficient crete brusc, datorit scderii energiei de relief i a intensificrii proceselor de eroziune lateral, care accentueaz gradul de sinuozitate a cursurilor de ap. Coeficientul de sinuozitate este dat de raportul dintre lungimea real (Lr) i lungimea msurat n linie dreapt (Ld):

Coeficientul de asimetrie (a) - scoate n eviden repartiia suprafeei bazinului fa de axa de drenaj. n acest caz se impune a cunoate suprafeele existente pe partea stng (Sst) si pe cea dreapt (Sdr) a cursului principal.

2r r

c

ce

P PkP Api

= =

rs

d

LkL

=

2( )st drbh

S Sa

S

=

29

Tema de rezolvat

1. Precizai care este diferena dintre bazinul hidrografic i cel hidrogeologic. 2. Profilul transversal

3. Profilul longitudinal 4. Caracterizai urmtorii parametri: densitatea reelei hidrografice, coeficientul de sinuozitate i cel de compactitate.

30

CAPITOLUL 4 - Elemente de hidrometrie

Hidrograful i graficul de durat i frecven a nivelurilor Nivel cota (absolut sau relativ) a oricrui punct situat pe suprafaa liber a apei. Nivelul Adncime. Pentru msurarea nivelului se utilizeaz: mirele hidrometrice, limnigrafele, etc.

Graficul de frecven i cel de durat a nivelurilor, se realizeaz pe baza datelor msurate i este util pentru o caracterizare mai corect a evoluiei regimului de curgere al apelor.

Hidrograful reprezentarea grafic a variaiei nivelurilor n funcie de timp.

31

Calculul vitezelor folosind metoda flotorilor de suprafa Flotorii de suprafa corpuri plutitoare ce pot fi deplasate de ctre curentul de ap. Sunt utilizai pentru determinarea vitezei de suprafaa a curentului de ap, n diferite seciuni. n general metoda flotorilor se utilizeaz pe ruri cu adncimi i viteze mici, viteza flotorului este practic viteza cursului de ap. Aceasta este determinat prin raportarea distanei parcurse de flotor la intervalul de timp. V =

D/T (m/s)

Calculul debitelor ntr-o seciune, pe baza vitezelor msurate, folosind metoda grafo-analitic

n albiile naturale, viteza medie a ntregii seciuni rezult din mulimea de viteze punctuale distribuite pe toat suprafaa seciunii. n mod practic, se recurge la msurtori de viteze punctuale, n cadrul unui numr de verticale din seciunea de curgere. Dispozitivele utilizate la msurarea

vitezelor sunt: flotorii, prjinile hidrometrice, tubul hidrometric, morica hidrometric. Distribuia vectorilor vitez variaz pe vertical funcie de adncimea apei, panta talvegului, etc.

Distribuia vectorilor de vitez pe vertical se reprezint grafic prin epura

vitezelor sau hodograful vitezelor. Pe verticala de adncime se fixeaz punctele

32

unde s-a msurat viteza apei, adic la suprafa (vsup), la 0.2 din adncimea rului (v0.2h), la 0.6h (v0.6h), la 0.8h (v0.8h), i la fundul albiei (vfund).

n dreptul fiecrui punct unde s-au fcut msurtori se reprezint valoarea vectorilor de vitez. Prin unirea capetelor vectorilor de vitez, se obine curba vitezelor pe vertical, ce reprezint epura vitezelor.

Viteza medie pe vertical se determin prin mai multe metode: analitic, grafo-analitic, Chzy. Una dintre formulele utilizate pentru calculul vitezei medii

este media aritmetic ponderat la adncimile msurate, sau media aritmetic:

unde n reprezint numrul poriunilor n care s-a mprit epura (10); vi reprezint vitezele corespunztoare celor n poriuni n care s-a mprit epura.

Debitul de ap cantitatea de ap ce curge prin seciunea activ n unitatea de timp Q (m3/s sau l/s). Metode de determinare a debitelor:

metoda deversorilor; metoda diluiei; metoda volumetric; cheia limnimetric; metodele grafo analitice.

Determinarea cheii limnimetrice prin metoda Chzy Cheia limnimetric exprim grafic sau analitic legtura dintre debitul de ap care se scurge printr-o anumit seciune a albiei i nivelul apei msurat n acea seciune.

sup 0.2 0.6 0.83 3 210

h h h fundm

v v v v vV

+ + + +=

i

m

v

Vn

=

33

n condiii naturale nu exist ntotdeauna o corelaie uniform a debitelor n funcie de nivelurile apei. Astfel, exist cazuri cnd la acelai debit al apei se pot observa diferite niveluri i invers. Acest fapt se poate produce datorit schimbrii brute a pantei oglinzii apei (de exemplu, la creterea sau scderea nivelurilor) precum i datorit modificrii albiei din cauza eroziunii sau colmatrii. n toate aceste cazuri, punctele debitelor msurate se situeaz dispersat pe graficul de corelaie, iar curba va fi posibil s se traseze numai printre puncte (cu aproximaie). Aceast curb, care mai poate fi ntlnit i sub denumirea cheie a debitelor, permite determinarea debitului rurilor printr-o singur msurare i anume, aceea a nivelurilor. Cheia limnimetric se poate determina prin msurtori directe, n urma crora se determin punctele aferente acestei curbe. Curgerea uniform curgerea n care vectorul vitez este constant n lungul fiecrei linii de curent. Curgere neuniform - curgerea n care vectorul vitez nu este constant n lungul fiecrei linii de curent.

n cazul curgerii uniforme, gradientul hidraulic se determin cu relaia:

1 2 1000H HI xL

=

34

n cazul curgerii neuniforme, situaie frecvent ntlnit n albiile rurilor, debitul se poate determina fie prin msurtori directe ale seciunii de curgere i ale vitezelor, fie prin utilizarea formulei lui Chzy pentru

calculul vitezei medii de curgere n albia rului:

I gradientul hidraulic, R raza hidraulic, C coeficientul lui Chzy

cu A i P, suprafaa udat n seciune transversal, respectiv perimetrul suprafeei udate.

Debite caracteristice:

Debitul maxim maximorum reprezint cel mai mare debit nregistrat de cursul de ap respectiv;

Debitul extraordinar debitul cel mai mare produs ntr-o perioad de 30 de ani consecutivi;

Debitul maxim anual debitul cel mai mare nregistrat n cursul unui an;

Debitul mediu anual media aritmetic a debitelor zilnice din cursul unui an;

Debitul normal sau debitul modul media aritmetic a debitelor anuale pe un ir ndelungat de ani;

Debitul mediu se stabilete pentru o anumit perioad de timp (decad, lun, anotimp);

Debitul minim anual debitul cu valoarea cea mai mic nregistrat o zi n cursul a 365 zile;

Debitul minim minimorum reprezint debitul cel mai mic produs

pn n prezent.

V C RI=ARP

=

35

Debitul de aluviuni Aluviuni materiale solide, cu greutate specific i dimensiune a granulelor diferit ce sunt transportate de apele curgtoare. Aceste materiale sunt rezultatul aciunii de eroziune exercitate de ap asupra malurilor i patului albiei minore,

precum i din procesul de splare a versanilor i a ntregului bazin hidrografic.

Procese desfurate de apa curgtoare: eroziune (implicate procese fizice i chimice); transport;

acumulare.

Transportul:

rostogolire;

trre; suspensie;

soluie.

Tema de rezolvat 1. Care sunt dispozitivele de msurare a vitezei?

2. Prin ce metode se determin viteza medie pe vertical? 3. Ce este cheia limnimetric?

4. Ce reprezint cheia debitelor?

water

Raportul dintre debitul maxim i cel minim indic un coeficient de torenialitate (1/16 Dunre, 1/130 Someul Mic, 1/933 - Brlad)

36

CAPITOLUL 5 Elementelor morfometrice ale bazinului i ale subbazinelor

Panta medie

Curba hipsometric ofer posibilitatea de a estima suprafeele aflate deasupra unor cote date sau suprafeele aferente bazinului dintr-o regiune muntoas, deluroas sau de cmpie. Altitudinea medie a bazinului hidrografic este media ponderat a altitudinilor medii dinte curbele de nivel cu suprafeele cuprinse ntre acestea

Hi, hhi+1 altitudinile medii dintre curbele de nivel;

fi suprafeele cuprinse ntre curbele de nivel Panta medie a unui bazin hidrografic se determin funcie de cota curbelor de nivel, lungimea i echidistana acestora. Acest parametru este important pentru aprecierea scurgerii apei pe

suprafaa bazinului hidrografic.

1

2i i

i

med

i

h hfH

f

++

=

if F=Curba

hipsometric

Curba hipsometric reprezint distribuia altitudinii din bazinul hidrografic n funcie de creterea succesiv a spaiului bazinal de la izvor la vrsare.

37

n cazul unor valori ridicate ale pantelor medii scurgerea apei este rapid i este favorizat eroziunea i transportul materialelor pe versant.

li lungimea median a suprafeei pariale fi dintre dou curbe de nivel; bi limea medie a suprafeei respective.

Ii panta medie a terenului ntre cele dou curbe de nivel, DH echidistana dintre dou curbe de nivel

Media ponderat a valorilor pariale Ii cu suprafeele corespunztoare

panta medie a bazinului hidrografic (Imed); Sli lungimea total a curbelor de

nivel

Tema de rezolvat 1. Ce reprezint curba hipsometric? 2. n funcie de ce elemente se determin panta medie a bazinului hidrografic?

i i if b l=

ii

HIb

=

ii

i i

i

H lHI f fl

= =

ii i

imed i

i

H lI f f HI l

F Ff

= = =

38

CAPITOLUL 6 - Procese de scurgere reeaua hidrografic

Dunrea al doilea curs de ap din Europa, dup Volga, bazinul hidrografic, n lungime total de 2850 km (38% n Romnia) traverseaz 13 ari

Rurile interioare densitate medie a reelei hidrografice 0,5 km/km2, lungime total 118.000 km.

Gestionate de Administraia Naional Apele Romne:

Direcia Apelor SOME-TISA Direcia Apelor CRIURI Direcia Apelor MURE Direcia Apelor BANAT Direcia Apelor JIU Direcia Apelor OLT Direcia Apelor ARGE-VEDEA Direcia Apelor BUZU-IALOMIA Direcia Apelor SIRET Direcia Apelor PRUT Direcia Apelor DOBROGEA-LITORAL

39

Evoluia scurgerii

scurgere difuz scurgere concentrat:

temporar

ogae;

ravene;

toreni cursuri de ap cu scurgere temporar, se formeaz de regul primvara dup topirea zpezilor sau dup ploi toreniale.

40

Elementele componente ale unui organism torenial:

bazin de recepie este suprafaa de alimentare a torentului, n timpul ploilor procesul de eroziune regresiv este foarte intens, rezultnd un bogat material solid;

canalul de scurgere partea mijlocie a torentului, aici acioneaz eroziunea linear ce determin adncirea canalului;

conul de dejecie este rezultatul depunerii materialului transportat, determinat de scderea pantei, are forma unui evantai, uor bombat la partea mijlocie.

Formarea torenilor are o aciune negativ asupra terenurilor agricole,

aezrilor omeneti, cilor de comunicaie, etc.

Cursurile de ap permanente: Pru - curs de ap natural, n mod normal mai mic dect un ru i care se

vars de regul ntr-un ru; Ru - Curs de ap relativ mare care servete drept canal natural de drenaj

pentru un bazin hidrografic; Fluviu ap curgtoare de mari dimensiuni i cu debit considerabil, care se

vars n general ntr-o mare sau un ocean i n care se vars la rndul lor rurile din bazinul respectiv. Fluviile sunt navigabile pe poriuni mari, iar n zona de vrsare se formeaz n general delte sau estuare.

Componente:

Izvorul o zon mltinoas, limba unui ghear, un lac, un con de dejecie acvifer freatic;

cursul rului albia minor, se pot delimita 3 sectoare n profil longitudinal:

Cursul superior - zona de izvor, cuprinde zona cu altitudini ridicate (munte sau deal), albia minor are pant mare 25 200 m/km,

41

patul albiei este rugos, prezint cascade, praguri, profilul transversal are forma literei V, eroziunea de adncime este puternic.

Cursul mijlociu specific zonelor de deal i podi, valea se lrgete, se contureaz mai bine albia minor, albia major i versanii. Procesul de eroziune se desfoar att n linie dreapt ct i orizontal, determinnd apariia malurilor concave i convexe nceput de meandrare. Rugozitatea este mai puin accentuat, crete

aportul de materiale transportate n suspensie. Valea are forma literei V mai deschis.

Cursul inferior specific zonelor de cmpie sau podi, apele au viteze mici de curgere dar debite mari, albia minor este meandrat.

gura de vrsare n ruri colectoare, n lacuri, mri, oceane, sorburi n calcare, capete oarbe zonele aride.

42

Deltele

Se formeaz la gura de vrsare a rurilor sau a fluviilor n mri i oceane, datorit reducerii vitezei i accenturii procesului de decantare i de depunere a aluviunilor. Astfel se formeaz grindurile i ostroavelor nisipoase iar organismul fluviatil se ramific n brae secundare. Tipuri de delte:

delta barat presupune mai multe faze faza de golf, apoi nchiderea

golfului cu cordoane i grinduri, transformarea n liman marin, formarea ostroavelor i braelor secundare delta Dunrii;

delta rsfirat se formeaz n mrile nchise cu platforme continentale largi, are numeroase brae secundare i canale de legtur delta Volgi;

delta unghiular se caracterizeaz printr-un singur bra principal care nainteaz n mare i depune aluviunile sub form de grinduri longitudinale, cu timpul apar mici brae secundare delta Tibrului;

delta digitat ptrunde adnc n apele lipsite n general de cureni litorali, braul principal transport un debit bogat de ap i aluviuni ce particip la formarea deltei. La captul braului principal, datorit intensei depuneri de aluviuni, se formeaz n evantai braele secundare delta Mississippi

43

Limanurile Guri de vrsare lrgite de natur fluviatil sau maritim. Cele fluviatile se produc prin bararea cu aluviuni a gurilor de vrsare a unor aflueni secundari limanurile Ialomiei (Snagov, Cldruani, Fundata). Limanurile maritime se formeaz la gura de vrsare n mare a unor ruri datorit barrii cu cordoane nisipoase aduse la gura rurilor - Techirghiol. Estuarele

Gura de vrsare a unor fluvii la rmul unor mri sau oceane cu maree. Estuarul are aspectul unei pungi sau a unui golf prin care in timpul fluxului apa preia toate

materialele rezultate din eroziune i le transport n larg.

Tipuri de reele hidrografice: radiar specific

masivelor muntoase;

convergent prezena

centrelor de adunare a apelor;

dendritic densitate mare Amazon, Congo, etc.;

penat ntlnit rar;

paralel confluena n

unghi aproximativ drept perpendicular pe rul principal;

fluat zonele muntoase

sau unde afluenii se vars sub un unghi de 65 900;

gemene zona muntoas sistem hidrografic dublu; labirint caracteristic zonelor de vrsare sau deltelor

44

Tema de rezolvat

1. Ce este un torent?Care sunt elementele componente ale unui organism torenial? 2. Care sunt componentele cursurilor de ap permanente?

3. Ce reprezint delta? Dai exemple de tipuri de delte. 4. Dai 3 exemple de tipuri de reele hidrografice.

45

CAPITOLUL 7 - Alimentarea rurilor

Alimentarea rurilor, clasificarea dup sursele de alimentare Regimul de alimentare al rurilor este influenat de condiiile climatice locale i regionale. Rurile din zonele calde au un regim de alimentare predominant pluvial, cele din zonele reci au un regim predominant nival iar cele din zonele temperate un regim mixt.

n funcie de factorii fizico-geografici i geologici, alimentarea rurilor se face din surse de suprafa (scurgere de suprafa) precum i din surse subterane. Alimentarea rurilor din surse de suprafa

Alimentarea din ploi caracteristic zonelor calde i temperate. n zona ecuatorial alimentarea este exclusiv pluvial. Organismele

fluviatile din aceast regiune au debite bogate (Congo, Amazon, etc.). n regiunea tropical alimentare este tot pluvial dar este asociat doar sezonului ploios, iar n zona temperat alimentare pluvial se desfoar tot n anotimpul cald.

Alimentarea din apa provenit din topirea zpezilor este caracteristic zonei temperat i rece. n perioada de iarn se acumuleaz o cantitate variabil de zpad, care n perioada cald se topete, contribuind la alimentare rurilor. Rurile din aceste zone au un regim de alimentare nival sau pluvio-nival, dup caz. Debitul rurilor crete la nceputul primverii ncepnd de la izvoare spre vrsare (Mackenzie, Ottawa, Lena, Enisei, Obi, etc.)

Alimentarea din apa provenit din topirea ghearilor i zpezilor permanente apa provine din ghearii de vale ce iau natere n regiunile muntoase mai nalte de 3000 m, situate n zona temperat, zon n care gheurile i zpezile nu se topesc de la un an la altul (n Asia central, Caucaz, etc.).

46

Alimentarea rurilor din surse subterane Alimentarea rurilor cu apa provenit din acviferele freatice n

perioadele cu deficit de umiditate apa subteran poate constitui o important surs de alimentare a reelei hidrografice.

Alimentarea rurilor cu apa provenit din apele subterane de adncime volumul mare de ap a acestui tip de acvifere determin alimentare cu un

debit relativ constant tot timpul anului. Se apreciaz c alimentarea rurilor din surse subterane nu depete n general 30 35 %.

47

Determinarea surselor de alimentare

Metoda de separare a surselor de alimentare redate prin hidrograful debitelor medii zilnice

prin unirea cu o dreapt a debitelor minime de iarn i de var se obine scurgerea provenit din sursele de alimentare subterane;

pentru lunile de iarn se calculeaz procentul provenit din topirea zpezilor;

pentru lunile de primvar, var i toamn se stabilete valoare procentual a scurgerii provenite din alimentarea pluvial

Date hidrologice referitoare la perioadele caracteristice ale regimului rurilor din Romnia

perioada de iarn temperaturi medii sub 0 grd C, precipitaii sub form de zpad, sursa principal o constituie apele subterane, pe ruri se instaleaz perioada apelor mici de iarn. Uneori, n sud-vestul rii, datorit unui proces de nclzire timpurie, se pot forma viiturile de iarn;

perioada de primvar creterea temperaturii aerului (cu medii ntre 0 10 grd C.), zpada ncepe s se topeasc, podul de ghea format pe ruri curge sub form de sloiuri, iau natere apele meri de primvar. Dac

48

peste topirea zpezilor se suprapun ploi abundente, iau natere viiturile de primvar. Dac anotimpul rece a fost srac n precipitaii solide, perioada poate fi caracterizat de ape mici de primvar;

perioada de var este caracterizat de temperaturi medii ntre 18 22 grd. C, precipitaiile sunt reduse cantitativ, evapotranspiraia este intens. Reeaua hidrografic este caracterizat de apele mici de var. n urma unor ploi toreniale se pot produce viituri de var;

perioada de toamn este caracterizat de scderea fluxului termic, reducerea evapotranspiraiei i creterea cantitativ a precipitaiilor. Scurgerea apelor se caracterizeaz prin debite mai bogate - ape mari de toamn.

Tipurile de regim ale rurilor din Romnia

1. Tipul pontic i tipul panonic situate n Dobrogea i n Cmpia de Vest, scurgerea se caracterizeaz prin debite medii mari la sfritul lunii februarie, apoi apele mici persist aproape tot cursul anului. Rurile de tip panonic, n unele primveri, pot prezenta viituri cu caracter brutal. La rurile pontice, viiturile se produc n general n lunile de var (Casimcea, Topolog, Slava, Telia, etc.); 2. Tipul moldavo valah cuprinde rurile din Cmpia Romn i din Podiul Moldovei. Sunt caracterizate de ape mari n timpul primverii cu un maxim n luna martie. Viiturile se pot forma n orice anotimp (Clmui, Vedea, Teleorman, Neajlov, Crasna, etc.);

49

Scurgerea rurilor

Factori climatici ai scurgerii Clima, prin elementele ei, este factorul principal care influeneaz procesul de scurgere a apelor.

Evaporaia este condiionat de evoluia temperaturilor i de gradul de saturare a atmosferei cu vapori de ap. Evaporaia de pe suprafaa unui bazin hidrografic este cantitatea de ap care se evapor de pe suprafaa solului, vegetaiei i unitilor acvatice.

Evaporaia - emiterea de vapori la suprafaa liber a apei lichide la o temperatur inferioar punctului de fierbere

50

Precipitaiile cad sub diverse forme pe suprafaa bazinului hidrografic, cantitatea se evalueaz cu pluviometre. Datorit repartiiei neuniforme a precipitaiilor n

cadrul bazinului hidrografic, se apeleaz la exprimarea valorilor medii, maxime i minime.

Factori neclimatici ai scurgerii Relieful gradul de fragmentare a reliefului i panta; Constituia geologic permeabilitate i solubilitatea rocilor;

Solurile structura, compoziie, permeabilitate; Vegetaia prezena vegetaiei crete ponderea infiltraiei; Factor antropic lucrri agrotehnice, desecri, lucrri de drenaj, instalaii hidrotehnice, etc.

Tema de rezolvat

1. Alimentarea rurilor din surse de suprafa. 2. Alimentarea rurilor din surse subterane. 3. Tipurile de regim ale rurilor din Romnia. 4. Care sunt factorii climatici ai scurgerii? Dar cei neclimatici?

51

CAPITOLUL 8 - Regimul termic i de nghe al rurilor, limnologie

Temperatura apelor curgtoare este dependent de o serie de factori: variaiile de temperatur ale aerului; relieful;

sursele de alimentare; poziia geografic;

dinamica apelor (micarea turbulent, etc.). Apele cu adncimi relativ reduse (de ordinul zecilor de cm, civa metri) prezint n general o homotermie, n cazul rurilor i fluviilor cu adncimi foarte mari (50 100 m) se manifest o uoar stratificaie termic. Apare un orizont superior gros, caracterizat de o permanent amestecare i omogenizare a temperaturii i un orizont de ap situat la adncime, unde temperatura este cu cca. 1,5 1 grd. C mai mic. n profil transversal n general temperatura apei este uniform de la un mal la

celalalt , ns vara, temperatura este uneori mai ridicat n zona malurilor cu 1 pn la 3 grd. C.

52

n profil longitudinal temperatura apelor poate avea variaii semnificative ntre zona de izvor i zona de vrsare, aceast variaie este mai accentuat n cazul cursurilor de ap a cror direcie de curgere este dezvoltat predominant N S i mai redus n cazul cursurilor de ap ce curg pe direcia paralelelor.

Dunrea, care are o direcie de curgere aproximativ V E evolueaz de la o temperatur medie anual de 8,5 grd. C la Ulm, 9,5 grd. C la Lintz, 11 grd. C la Budapesta pn la 12,7 grd. C la Sulina, rezult o amplitudine medie anual de 4,2 grd. C ntre cursul superior i cel inferior. Amplitudinea n sezonul cald este mai pronunat: 16,4 grd. C la Lintz pn la 26 grd. C la Tulcea. Variaii mari de temperatur, n regim transversal se remarc la rurile care strbat diverse uniti de relief (n cazul Oltului temperatura medie anual difer cu 3 pn la 6 grd. C ntre sectorul superior i cel inferior, iar n timpul verii amplitudinea ajunge la valori de 7 11 grd. C). Pe rurile din zona temperat i zona rece se remarc variaii termice lunare i diurne. Rurile din zonele calde prezint variaii mici de temperatur de la un sector la altul, precum i de la un sezon climatic la altul.

Regimul de nghe al rurilor formarea acelor de ghea imprim apei un aspect de vat nmuiat; ghea la maluri datorit vitezei mai sczute a apei; sloiuri plutitoare;

nboi (zai) - gheat buretoas n masa apei; ghea la fund cristale de gheat formate pe blocurile de piatr mai ales

la munte unde temperaturile sczute persist

53

ngheul complet al rurilor Datorit scderii continue a temperaturii i creterii densitii sloiurilor de ghea, care ncep s se sudeze ntre ele se formeaz podul de ghea. Aceste procese sunt specifice cursurilor de ap din zonele temperat i rece.

Date asupra chimismului apei din ruri Praiele, rurile i fluviile, datorit aciunii de dizolvare exercitate, precum i prin debitul solid pe care il tranziteaz,

conin n general o anumit cantitate de sruri minerale dizolvate. Gradul de mineralizaie este influenat de sursele de alimentare (rurile alimentate din ape

ZapadaPod de gheataNaboi (zai)

Sectiunea activa

54

subterane au n general o mineralizaie mai ridicat dect cele cu alimentare pluvio-nival) Clasificarea rurilor din Romnia n funcie de compoziia lor chimic:

clasa apelor bicarbonatate predomin anionul bicarbonat (HCO3-); clasa apelor clorurate predomin anionul Cl-; clasa apelor sulfatate anionul sulfat (SO4-) are o pondere mai mare de

50%

Rurile din clasa de ape bicarbonatate, cu grad de mineralizaie de pn la 200 mg/l ruri rspndite n Carpaii Olteniei (muni vulcanici), Meridionali i apuseni (cursul superior al Mureului, Trnavelor, Bistriei, Moldovei, Argeului, Jiului, etc.);

Rurile din clasa de ape bicarbonatate, cu grad de mineralizaie mediu (200 500 mg/l) sunt rspndite n regiunile calcaroase i argiloase din Podiul Transilvaniei, Cmpiei de Vest, Cmpiei Romne, Subcarpaii Moldovei (Cursul mijlociu al Siretului, Moldovei, Bistriei, mijlociu i inferior al Dmboviei, Argeului, Vedei, Begi, Someului, etc.);

Rurile din clasa de ape bicarbonatate, cu grad de mineralizaie cuprins ntre 500 - 1000 mg/l caracteristice pentru regiunile secetoase din sudul Olteniei, Dobrogea de Nord i Podiul Moldovei (Brlad i afluenii si, Telia, Slava, Casimcea, etc.);

Rurile din clasa apelor clorurare strbat regiunile cu depozite de sare, fapt de determin o mineralizaie de 500 1000 mg/l NaCl (Trotuul, Tazlul, Rmnicu-Srat, Slnic de Prahova, Trnava Mica la Sovata, etc.);

55

Rurile din clasa apelor sulfatate restrnse ca numr, mineralizaie ridicat (2000 mg/l), se ntlnesc n Cmpia Moldovei (Jijia, Bahlui, , etc.)

Limnologie

Originea cuvetelor lacustre Lacurile din zonele cu clim umed i temperat sunt cele mai numeroase, au un

volum apreciabil de ap, au un regim de alimentare pluvial, pluvo-nival sau nival. Sunt dulci, i sunt caracterizate prin scurgere de suprafa, au n general legtur cu oceanul planetar i formeaz categoria de lacuri cu scurgere. Lacurile din zonele cu clim arid sunt mai puine numeric, sunt lipsite de scurgere, au un volum redus de ap i sunt adesea srate. Regimul de alimentare este pluvial sau pluvio-nival. Nu au legtur cu Oceanul Planetar i formeaz

categoria de lacuri fr scurgere. Pe suprafaa Terrei exist cca. 1 milion lacuri, reprezentnd 2,1 mil. km2. (1,4% din suprafaa uscatului) ceva mai puin dect suprafaa Mrii Mediterane, nsumnd un volum de cca. 700 mii km3 ap.

Clasificarea lacurilor dup genez: Lacuri formate sub aciunea factorilor interni

1. Lacuri de origine tectonica: Lacuri sinclinale destul de rare; Lacuri situate n bazine intramontane au suprafee i adncimi mari

(lacul Titicaca)

56

Lacuri situate in cuvete rezultate din scufundarea sau din ridicarea scoarei terestre ca urmare a micrilor tectonice se pot produce, scufundri, tasri sau ridicri ale scoarei terestre;

Lacuri relicte, izolate prin micri epirogenetice au fost izolate de oceanul planetar prin micri epirogenetice Marea Caspic, Lacul Aral, etc.

Lacuri situate n regiuni faliate se ntlnesc fie n falii simple fie n

grabene Baikal (cel mai adnc lac de origine tectonic 1741 m)

57

Lacuri formate prin baraj natural au la origine de prbuirile declanate de cutremure sau de alunecri de teren - Lacul Rou pe cursul superior al Rului Bicaz.

2. Lacuri de origine vulcanic: Lacuri din cratere de explozie ocup mari suprafee Marele Lac Srat

din Nevada; Lacuri din craterele de scufundare (caldere vulcanice) lacul Crater din

Oregon (SUA);

58

Lacuri situate n denivelrile nveliului de lav lacuri din Yellowstone, vestul Australiei;

Maarele bazine circulare rezultate din explozia produs de gazele vulcanice i umplute ulterior cu ap meteoric;

Lacuri formate prin baraj vulcanic iau natere prin bararea vilor unor ruri cu lav Lacul Sf. Ana

Lacuri rezultate din aciunea factorilor externi

Factori dominani: apele curgtoare;

apele marine;

ghearii;

vntul;

organismele i omul.

Lacurile fluviatile sunt n general dispuse de-a lungul luncilor, se pot forma prin bararea meandrelor, a braelor secundare, etc. Sunt prezente n luncile inundabile ale unor ruri sau fluvii: Dunrea, Ialomia, Buzu, Mure, Volga, Don, Nipru.

Lacuri rezultate n urma aciunii apei marine rmurile marine sunt n

permanen supuse aciunii valurilor, mareelor i curenilor. Din procesele de eroziune i acumulare marin, micile intrnduri sau golfurile, pot fi barate de cordoane litorale i cu timpul separate de mare. Iau astfel natere lagunele sau lacurile marine. Cele mai frecvente sunt pe rmul golfului Mexic, ntre

peninsulele Florida i Yucatan. In Romnia: Razim;

Sinoe;

Golovia;

Zmeica

59

60

Lacurile rezultate n urma aciunii de dizolvare a apei se formeaz n rocile solubile (ghips, calcar, sare), formndu-se astfel excavaii, goluri sau depresiuni, care umplute cu ap dau natere lacurilor.

Lacuri de dolin formate n depresiunile cu aspect de plnie, ce iau natere n rocile calcaroase. Deep Lake Florida;

Lacuri de polii - genez asemntoare lacurilor de dolin, dimensiuni mai mari (polii seci, polii inundabile i polii lac);

Lacuri pe formaiuni de ghips formate tot prin aciunea de dizolvare, dar n numr mult mai redus lacul nvrtita, de la Nucoara jud. Arge;

Lacuri pe formaiuni de sare iau n general natere n urma dizolvrii srii i prbuirii locale a nveliului acoperitor. Un rol important n procesul de dizolvare l joac apele subterane. n Romnia la Sovata Lacurile Ursu, Aluni, Negru

Lacuri clastocarstice se formeaz n orizonturile de loess i loessoide, cuveta rezult din aciunea de tasare a loessului crovuri Movila Miresii, Colea, Ttarul.

61

Lacuri rezultate din aciunea ghearilor Au o larg rspndire n regiunile afectare de glaciaiunea cuaternar (Nordul Americii de Nord, Europei, o parte din Siberia Central au fost acoperii de ghea, ca i lanul alpino-carpato-balcanic, la altitudini de peste 1500 m). Dup retragerea gheii au rmas o serie de depresiuni n care s-au format lacuri lacuri formate pe suprafaa ghearilor, lacuri formate n spatele barajelor de ghea, lacurile formate n micile denivelri de roc, lacurile formate n cldri sau circuri glaciare, lacuri formate n vi glaciare, lacuri formate n fiorduri, lacuri de piemont, lacuri de baraj morenic.

Bucura

Znoaga

Blea

62

Lacuri rezultate din aciunea vntului (eoliene) se formeaz fie n micile

depresiuni generate de eroziune (deflaie), fie n locurile joase dintre dune, care rezultate al aciunii de acumulare a apei.

Sunt n general rspndite n regiunile cu umiditate sczut, dimensiunile lor sunt reduse. au n general un caracter temporar.

n Africa poart numele de oturi.

Leman, Geneva

Michigan

Huron

Como

63

Elemente de morfologia lacurilor

n regiunea de rm se formeaz: faleze;

platforme sau prispe lacustre;

cordoane nisipoase; delte lobateetc.

n regiunile adnci ale lacurilor se formeaz cmpii sublacustre formate din sedimente fine, uniforme. n cazul lacurilor glaciare sau de natur tectonic relieful de la adncimi mari este caracterizat prin forme accidentate.

Orice cuvet lacustr prezint n profil transversal dou regiuni: regiunea de rm n care predomin n general procesele de eroziune i

cuprinde: malul, rmul i bancurile nisipoase litorale;

Chott El Jerid - Tunisia

64

regiunea de adncime n care predomin procesele de acumulare, relieful sublacustru este mai uniform i rar afectat de aciunea valurilor.

Tema de rezolvat 1. Ce factori determin temperatura apelor curgtoare?

2. Cum variaz temperatura n profil transversal? Dar n profil longtudinal? 3. Dai exemple de lacuri formate n urma aciunea factorilor interni.

4. Dai exemple de lacuri formate n urma aciunea factorilor externi. 5. Din ce elemente se constituie cuveta lacustr n profil transversal?

65

CAPITOLUL 9 - Hidrogeologie 1 Componenta circuitului apei la nivelul schimbului sol-subsol

Factori naturali ce influeneaz alimentarea i regimul apelor subterane factori climatici regimul termic, precipitaiile, evapotranspiraia,

umiditatea aerului; factori hidrologici scurgerea de suprafa, scurgerea total din reeaua

hidrografic; factori geologici litologia i structura geologic.

Originea apelor subterane Apa vadoas se formeaz din infiltrarea apelor provenite din ploi i zpezi, precum i prin condensarea vaporilor aflai la suprafaa terestr. Infiltrarea se produce prin porii i fisurile capilare ale rocilor, conform legii lui Darcy; Apa juvenil sau magmatic provine din condensarea vaporilor rezultai din degazeificarea magmelor, au temperaturi ridicate i coninut ridicat de sruri; Apele de zcmnt sunt asociate zcmintelor petroliere, acumularea lor s-a fcut n perioada proceselor de sedimentare.

Distribuia apelor subterane: Forme de ap din scoara terestr:

n scoara terestr apa se gsete n diverse stri specifice: Apa n stare de vapori se gsete n zona vadoas, dinamica ei fiind

controlat de distribuia presiunilor. Apa legat fizic meninut de forele de atracie molecular (de natur

electrostatic), care se manifest la contactul particulelor cu moleculele de ap. n funcie de nivelul energetic deosebim apa higroscopic i apa pelicular, aceasta din urm se poate deplasa ntre particule funcie de grosimea peliculei de ap din jurul fiecrei particule.

66

Apa legat chimic ea poate fi ap de cristalizare, caracterizat de prezena moleculei H2O i ap de constituie, caracterizat de prezena gruprii (OH)-. Mineralele hidratate cedeaz apa la temperaturi maxime de 300 4000C iar mineralele hidroxilice pierd apa la temperaturi ce pot ajunge la 13000C, odat cu distrugerea moleculei.

Apa capilar este meninut n pori i fisuri de ctre forele de capilaritate. n funcie de poziia n profilul terenului i umiditatea acestuia deosebim: ap capilar suspendat; ap capilar mobil; ap capilar discontinu; ap capilar legat.

Apa liber este considerat hidrodinamic activ i include apa gravitaional i apa capilar mobil.

Apa n stare solid are un caracter sezonier i se formeaz pn la adncimea de nghe (cca. 0,4 m pentru Bucureti i cca. 1,2 m n zonele montane din Romnia).

Apa n stare supracritic apare la temperaturi i presiuni ridicate, la adncimi mari.

67

Zonarea umiditii pe vertical

Zona de evapotranspiraie

Zona de retenie (vadoas)

Zona capilar

Formaiune impermeabil

Zona de aerare

Zona saturat

Suprafaa piezometric

Evaporare i transpiraie

Roci

impe

rme

abi

le

Zon de aerare

Evaporare

Roci permeabile

Scurgere de suprafa

Cugere subteran

Roci semipermeabil

Infiltrare

68

n cazul unui teren poros, permeabil, umiditatea n plan vertical este distribuit dup urmtorul model tipic:

Zona de aerare aflat n partea superioar a profilului, ntre suprafaa topografic i suprafaa acviferului. Ea este mprit n mai multe zone:

Zona de evapotranspiraie corespunztoare practic profilului de sol. Umiditatea n aceast zon este controlat de pierderea apei prin evapotranspiraie, aici este prezent o cantitate mare de ap sub

form de vapori. Zona de retenie (zona vadoas) evapotranspiraia este

neglijabil, apa este reinut de ctre forele higroscopice i capilare, iar surplusul de ap din zona de evapotranspiraie se deplaseaz descendent sub influena gravitaiei. Grosimea acestei zone este variabil funcie de poziia nivelului piezometric (de la 0 la sute de metrii n zonele aride).

Zona capilar este generat de suprafaa piezometric, grosimea acestei zone este invers proporional cu granulometria (cca. 2,5 cm pentru pietriuri pn la 700 cm pentru silturi).

Zona saturat se dezvolt sub suprafaa piezometric i caracterizat de faptul c ntregul volum al porilor este saturat de ap lichid n diverse stri. La nivel general, limita inferioar a acestei zone este determinat de apariia temperaturilor i presiunilor critice (12 20 km. n domeniul continental).

O component important a bilanului hidrologic o reprezint apa infiltrat.

Aceast caracteristic este influenat direct de o serie de factori (Barcelona et. al., 1990):

Capacitatea de infiltrare este definit ca viteza maxim cu care apa poate fi absorbit de sol pe unitatea de suprafa n condiii date.

69

Umiditatea solului. Daca solul este uscat, n parte superioar a sa potenialul capilar este foarte ridicat. n situaia apariiei unor precipitaii, o cantitate mare de ap se va infiltra n sol, cantitate ce va scdea odat cu creterea gradului de umiditate al solului.

Compactarea solului determinat de precipitaii. Colmatarea porilor din sol cu material fin transportat de fluxul infiltrat. Prezena unor microstructuri n sol determinate de activitatea organismelor,

degradarea sistemului radicular etc., favorizeaz infiltrarea. Existena covorului vegetal favorizeaz infiltrarea prin faptul c reprezint

un mediu de via pentru o serie de organisme care triesc n sol, precum i prin faptul c reduce scurgerea de suprafa i eroziunea solului generat de picturile de ploaie.

Temperatura valorile sczute ale acesteia cresc vscozitatea apei,

reducndu-se astfel infiltrarea; Conductivitatea hidraulic vertical a terenului. Prezena aerului captiv n zona nesaturat, care determin reducerea

conductivitii hidraulice. Panta terenului;

Aciunea antropic.

70

Acvifere formate n terenuri poroase i n roci fisurate

71

Acvifere formate n carst

Calitatea apei subterane funcie de tipul acviferului

72

Tema de rezolvat 1. Precizai 3 stri specifice ale apei.

2. Ce factori influeneaz alimentarea i regimul apelor subterane i n ce fel? 3. Ce subzone alctuiesc zona de aerare? 4. Ce factori influeneaz capacitatea de infiltrare?

73

CAPITOLUL 10 - Hidrogeologie 2

Micarea apei; Caracteristicile terenurilor permeabile

MICAREA APEI Caracteristicile zonei nesaturate, alturi de proprietile poluanilor, regimul de precipitaii i adncimea nivelului hidrostatic, influeneaz n mod direct cantitatea de poluant ce poate ptrunde n acvifer. Zona nesaturat poate constitui un adevrat tampon ntre suprafaa solului i apa subteran. Transportul contaminanilor la nivelul zonei nesaturate este n primul rnd guvernat de deplasarea apei. n regim staionar, micarea apei n mediul poros este descris de ecuaia lui Darcy:

q reprezentnd volumul de ap ce curge prin unitatea de suprafa, n unitatea de timp (cm3/cm2/zi), K() conductivitatea hidraulic funcie de coninutul volumetric de ap (cm3cm-3), H sarcina piezometric (cm) iar z distana (cm).

n zona mediu nesaturat, conductivitatea hidraulic descrete rapid odat cu scderea coninutului de ap, dar ritmul acestei descreteri este determinat de caracteristicile solului i n special de tensiunea sol-ap. Astfel, cu creterea

tensiunii sol - ap, conductivitatea hidraulic scade exponenial, observndu-se scderi ale conductivitii cu 10 sau chiar 100 ordine de mrime, pentru mici reduceri ale coninutului de ap.

Ecuaia lui Darcy satisface doar regimul de curgere staionar, pentru regim tranzitoriu, aceasta trebuie s fie combinat cu o ecuaie de continuitate:

z

HKq

= )(

z

qt

=

74

unde t este timpul. Din combinarea ecuaiilor rezult ecuaia lui Richards:

Un alt element important n evaluarea coninutului de ap l constituie infiltrarea acesteia n sol, ca urmare a precipitaiilor, activitii de irigaii, etc. Infiltrarea este determinat frecvent cu ajutorul ecuaiei lui Horton:

unde i este rata de infiltrare (cm/zi), A este un parametru iar t este timpul. Solurile cu un coninut iniial ridicat de ap au o conductivitate hidraulic

ridicat i o capacitate de stocare redus pentru apa infiltrat.

Porozitatea

Porozitatea este sistemul de goluri din masa unui sediment sau a unei roci. Din punct de vedere cantitativ porozitatea este reprezentat de raportul dintre golurilor i volumul total al terenului respectiv:

unde n porozitatea; Vg volumul golurilor; V volumul total.

Porozitatea primar are n general un caracter interstiial i ia natere odat cu formarea depozitului sau rocii i este dependent de dimensiunea i forma particulelor constituente. Porozitatea primar poate suferi n timp modificri n sensul creterii sau reducerii, rezultatul fiind porozitatea secundar. Aceasta din urm este n general cauzat de aciunea de dizolvare a apei, de alterarea

mineralelor din roc, de cristalizare sau deshidratare, de fisurarea rocilor din cauza micrilor tectonice.

+

=

1)(

z

hhKzt

2/1= Ati

100gV

nV

=

75

Depozitele solubile (calcar, sare, ghips, etc.), au o porozitate de tip secundar ca urmare a proceselor de dizolvare ce se dezvolt pe sistemele de fisuri.

Din punct de vedere al disponibilitii sistemului de pori pentru deplasarea apei, deosebim dou componente ale porozitii :

Porozitatea activ este reprezentat de volumul de goluri prin care apa poate circula liber i poate fi complet drenat gravitaional ;

Porozitatea de retenie este reprezentat de golurile care nu comunic ntre

ele i nu particip la formarea permeabilitii.

unde n porozitatea total ; na porozitatea activ ; nr porozitatea de retenie.

a rn n n= +

76

Permeabilitatea Permeabilitatea este proprietatea unui mediu poros de a permite lichidelor

i gazelor s se deplaseze prin el, sub aciunea combinat a gravitaiei i presiunii. Cantitativ permeabilitatea se exprim prin coeficientul de permeabilitate :

unde: C coeficient adimensional determinat de forma particulelor; diametrul

mediu al particulelor, unitatea de msura este Darcy. Permeabilitatea este direct proporional cu granulozitatea, cu cat aceasta este mai fin, permeabilitatea se reduce.

Umiditatea

Umiditatea reprezint cantitatea de ap coninut n sol, ea este dependent de condiiile meteorologice n zona de aerare i este maxim n zona saturat. Cel mai frecvent umiditatea se exprim prin umiditatea volumic i gradul de saturaie. Umiditatea volumic reprezint raportul dintre volumul apei i volumul total al rocii:

unde Va volumul apei iar V volumul total al rocii. Gradul de saturaie reprezint raportul dintre volumul de ap din pori i volumul total al porilor:

unde Vp volumul porilor.

2pK C d=

av

Vw

V=

ar

p

VSV

=

77

Vscozitatea Vscozitatea este proprietatea fluidelor de a se opune deformaiilor relative

care se manifest ntre straturile adiacente de fluid aflate n micare relativ fr ca deformaiile s fie nsoite de variaii ale volumului. Vscozitatea lichidelor este direct proporional cu temperatura, iar cea a gazelor este invers proporional.

Tensiunea superficial Tensiunea superficial este energia pe unitatea de suprafa la interfaa a

dou medii (ex: ap - aer) care d natere capilaritii. Are ca unitate de msur dyne/cm. Acest fenomen este deosebit de important, el guvernnd relaiile solid - lichid la interfaa dintre acestea.

Conductivitatea hidraulic Conductivitatea hidraulic este o proprietate a unui mediu poros saturat

care determin relaia, numit legea lui Darcy, ntre debitul specific i gradientul hidraulic care provoac micarea. Legea lui Darcy :

unde K conductivitatea hidraulic, i gradientul hidraulic, U viteza de filtrare. De aici rezult semnificaia atribuit n mod curent conductivitii hidraulice viteza de filtrare la un gradient hidraulic unitar. Conductivitatea hidraulic este determinat de: permeabilitatea intrinsec a formaiunii geologice (Kp); proprietile fizice ale apei (, ); gradul de saturaie al formaiunii (wv). Pentru o formaiune geologic conductivitatea hidraulic K este: unde Kp permeabilitatea intrinsec, greutatea volumic a apei i vscozitatea dinamic a apei.

U K i=

pKK

=

78

Domeniul de variaie al conductivitii hidraulice este ntre 10-9 10-6 cm/sec pentru argile i 10-2 1 cm/sec pentru pietri sortat (C.W. Fetter, 1994).

Tema de rezolvat 1. Ce este porozitatea?

2. Ce este umiditatea? 3. Ce este vscozitatea?

4. Definii conductivitatea hidraulic.

79

CAPITOLUL 11 - Hidrogeologie 3

Tipuri de acvifere

Clasificarea acviferelor criterii:

condiiile de acumulare ale apelor subterane; variabilitatea parametrilor terenurilor permeabile; caracteristicile fizico-chimice ale apelor subterane; starea energetic a apei subterane.

Condiiile de acumulare ale apelor subterane sunt dependente de litologia i structura formaiunii acvifere, deosebim astfel:

acvifere formate n sedimente neconsolidate; acvifere formate n roci sedimentare consolidate; acvifere formate n roci magmatice sau metamorfice.

Variabilitatea parametrilor terenurilor permeabile n funcie de acest criteriu deosebim dou tipuri fundamentale:

omogene i izotrope valoarea parametrilor este aceeai n ntreg spaiul

reprezentat de acvifer i variabilitatea este constant n toate direciile; neomogene i anizotrope valoarea parametrului este diferit de la un

punct la altul iar variabilitatea se modific cu direcia.

Caracteristicile fizico-chimice ale apei subterane condiioneaz modul de utilizare al resurselor de ap, deosebim:

Acviferul este zona saturat cu ap a unei formaiuni permeabile, prin care poate avea loc o curgere semnificativ (conductivitatea hidraulic, K>0,1 m/zi) a curentului de ap.

80

acvifere termale - temperatura apei > 23 grd C hipotermale temperatura este cuprins ntre

23 36 grd C ; mezotermale temperatura apei este cuprins

ntre 36 42 grd C ; hipertermale temperatura este mai mare de 42

grd C ;

acvifere minerale apele subterane au anumite caracteritici chimice (mineralizaie total mai mare de 1 g/l pentru apele terapeutice ; coninutul de bioxid de carbon mai mare de 10 g/l).

Cel mai utilizat criteriu de clasificare este cel al strii energetice a apei subterane, clasificare ce va fi prezentat n detaliu, se va ine cont i gradul de deschidere hidrogeologic. Din aceste puncte de vedere deosebim:

acvifere cu nivel liber; acvifere sub presiune.

81

82

Acviferele cu nivel liber Morfologia nivelului hidrostatic este influenat de morfologia

suprafeei topografice, fiind n general similar cu aceasta dar cu variaii mult mai atenuate.

Deplasarea apei n acvifer se face gravitaional n virtutea unui gradient hidraulic. Ca i n cazul reelei hidrografice aceast deplasare a curentului subteran este condiionat de poziia bazei locale de eroziune.

Apa subteran ajunge la suprafa, atunci cnd nivelul hidrostatic intersecteaz n mod natural suprafaa topografic, situaie n care apar izvoare sau acviferul se afl n legtur hidraulic cu reeaua hidrografic.

83

Acviferele sub presiune Se formeaz n terenurile permeabile delimitate n partea superioar de

formaiuni acoperitoare impermeabile sau cu permeabilitate redus.

84

n funcie de sarcina piezometric acviferele sub presiune pot fi ascensionale sau arteziene (situaie n care sarcina piezometric este mai mare dect cota suprafeei topografice).

O caracteristic important ce deosebete cele dou tipuri principale de acvifere (cu nivel liber i sub presiune) este poziia i extinderea zonei de alimentare a acviferului. n cazul acviferelor cu nivel liber, alimentarea se face prin infiltraii pe toata suprafaa lor, practic zona de extindere a acviferului

coincide cu zona de alimentare n cazul acviferelor sub presiune, zona de alimentare nu se extinde pe ntreaga suprafa a acviferului, frecvent alimentarea se face prin capetele de strat. n multe cazuri, zonele de alimentare ale acviferelor sub presiune pot fi situate la distane mari fa de zonele eventualelor captri ale acestor acvifere.

85

Aceast comportament al acviferelor impune necesitatea realizrii unor

calcule precise n ceea ce privete parametrii de exploatare precum i delimitarea zonelor de influen a exploatrii, n care regimul natural de curgere este perturbat. Dinamica poluanilor n mediul geologic (zona vadoas, acvifer) este de cele mai multe ori influenat direct de modul de exploatare de ctre om a acestei resurse naturale.

86

Tema de rezolvat

1. Definii acviferul.

2. Clasificai acviferele dup variabilitatea parametrilor terenurilor permeabile.

3. Caracterizai acviferele cu nivel liber. 4. Caracterizai acviferele sub presiune.

87

CAPITOLUL 12 - Schematizarea hidrostructurilor

Simplificarea complexitii hidrostructurilor n condiiile meninerii caracteristicilor reprezentative pentru:

spaiul n care are loc scurgerea subteran; caracteristicile hidrofizice ale terenurilor a cror distribuie spaial

condiioneaz caracteristicile curgerii apei subterane; condiii hidrodinamice ale curgerii la limitele hidrostructurii i n interiorul

acesteia.

Etapele schematizrii: Schematizarea spaial precizeaz geometria spaiului n care are loc

curgerea apelor subterane; Schematizarea parametric evaluarea distribuiei spaiale a parametrilor

care descriu caracteristicile hidrofizice ale terenului; Schematizarea hidrodinamic precizarea frontierelor hidrodinamice ale

sistemului acvifer i a condiiilor hidrodinamice iniiale n interiorul acestuia.

Reprezentativitatea modelului matematic utilizat pentru evaluarea curgerii apelor subterane este condiionat de reprezentativitatea modelului conceptual al hidrostructurii i asigur similaritatea reaciei modelului cu cea a hidrostructurii reale, la o perturbare hidrodinamic sau fizico-chimic.

Schematizarea spaial

Urmrete simplificarea formei suprafeelor care definesc spaial hidrostructura.

Morfologia este schematizat sub form grafic prin seciuni geologice, bloc diagrame, hari structurale. Datele provin n general din cartarea de suprafa, foraje geologice i hidrogeologice i prospeciuni geofizice.

88

Alturi de elementele morfologice caracteristice ale hidrostructurii o atenie deosebit se acord precizrii continuitii hidrodinamice a depozitelor permeabile (determinri de niveluri piezometrice)

Extinderea cercetrii: extinderea regional (evaluarea resurselor naturale ale

hidrostructurii) modelul conceptual se extinde pn la limitele fizice ale structurii (zone de aflorare, falii impermeabile, zone de drenaj);

extinderea local (studii hidrogeologice de interes local) modelul se extinde n general pn la limita zonei de influen (estimat prin metode analitice simplificate sau prin msurtori de nivel)

Schematizarea parametric

metodologia este aplicat tuturor parametrilor hidrostructurii, n special: porozitii active;

conductivitii hidraulice; coeficientului de difuzivitate hidraulic i nmagazinare; coeficientului de realimentare; coeficientului dispersiei hidrodinamice, etc.

Rezultatul acestei schematizri este imaginea distribuiei spaiale a parametrilor studiai (estimare prin kriging, simulare condiionat pe baza legii de distribuie a parametrului) Variabilitatea parametrului este tradus prin:

variabilitatea parametrului de la un punct la altul (omogenitate sau neomogenitate);

variaia valorii pe diverse direcii (izotropie sau anizotropie) Mediul poate fi omogen i izotrop sau neomogen i anizotrop

Extinderea cercetrii:

89

extindere regional presupune n general estomparea variabilitii parametrilor , se tinde spre adoptarea unei distribuii omogene i izotrope;

extinderea local presupune o rigurozitate specific legat de descrierea distribuiei parametrilor.

Schematizarea hidrodinamic

dup Scrdeanu D.,

dup Scrdeanu D., Gheorghe

90

se materializeaz prin precizarea:

condiiilor hidrodinamice pe frontierele modelului; condiiilor hidrodinamice iniiale n interiorul frontierelor.

Condiiile hidrodinamice pe frontierele modelului frontiere de tip sarcin piezometric impus (Dirichlet); frontier de tip debit impus (Newmann); frontier de tip dependent de sarcina piezometric;

frontier de tip suprafa liber; frontier de tip suprafa de prelingere.

Tema de rezolvat 1. Care sunt etapele schematizrii?

2. Cror parametri li se aplic schematizarea parametric? 3. Care sunt condiiile hidrodinamice pe frontierele modelului?

91

CAPITOLUL 13 Contaminarea apelor subterane

Principiile contaminrii apelor subterane

CAUZELE I SURSELE CONTAMINRII

Contaminanii pot fi introdui n apa subteran prin activiti ce decurg natural, cum ar fi alunecrile naturale de teren i amestecarea cu alte surse de ap subteran avnd diferite tipuri de chimism. Ele sunt de asemenea, introduse de aciuni umane planificate cum ar fi eliminarea deeurilor, activiti miniere sau agricole.

Cele mai rspndite activiti umane ce cauzeaz contaminarea apelor subterane sunt: (1) eliminarea deeurilor, (2) stocarea i transportul materialelor, (3) activiti miniere, (4) operaiunile agricole i (5) alte activiti

1. Eliminarea deeurilor

DEEURILE LICHIDE

Fosele septice i haznalele aduc o contribuie la scurgerea apei de canal filtrat direct n solul care poate introduce concentraii mari de BOD, COD, nitrai, substane chimice organice i posibil bacterii i virusuri n apele subetrane (Mallmann i Mack 1961; Miller 1980). De asemenea, clorinarea apelor cu deeuri ce se scurg i folosirea substanelor chimice organice pentru a cura sistemele septice care produc poteniali poluani suplimentari (Council on Environmental Quality 1980).

Contaminant al apelor subterane - orice substan sau materie de natur fizic, chimic, biologic sau radiologic din apa subteran.

92

Cu privire la deeurile lichide municipale, aplicarea pe teren a apei de canal scurse i a nmolului este poate cel mai mare contribuitor la contaminarera apelor subterane. Apa cu deeuri tratat i nmolul au fost aplicate pe terenuri de-a lungul mai multor ani pentru a rencrca apele subterane i pentru a pune la dispoziia solului nutrieni ce fertilizeaz pmntul i stimuleaz creterea plantelor (Bauer 1974; U.S. EPA 1983). Cu toate acestea, aplicarea pe teren a apelor de canal ce se scurg pot introduce bacterii, virusuri i chimicale organice i anorganic n apele

subterane (U.S. EPA 1983). O alt surs major municipal de contaminare a apelor subterane o reprezint scurgerile de suprafa din zonele urbane. n multe zone urbane, cantiti mari de sruri i aditivi sunt aplicate pe osele n timpul lunilor de iarn. Aceste sruri i aditivi faciliteaz topirea gheii i a zpezii; cu toate acestea, acetia se pot strecura alturi de apa din pmnt i cauzeaz contaminarea apelor subterane a acviferelor superficiale (Field et al. 1973). n plus, solubilitatea ridicat a acestor sruri n ap i mobilitatea relativ ridicat a contaminanilor ce rezult cum ar fi ionii clorurilor din apele subterane pot cauza extinderea zonei contaminate (Terry 1974).

Cu privire la deeurile lichide industriale, injectarea acestora n structuri hidrogeologice aduce probabil cea mai mari contribuie la contaminarea apelor subterane. Dup cum legislaia care protejeaz resursele de ap de suprafa a devenit mai strict, folosirea injectrii deeurilor n colectoare hidrogeologice devenit o soluie atractiv de eliminare a deeurilor lichide din multe ramuri industriale. Cu toate acestea, migrarea fluidelor dintr-un pu de injecie, ntr-un acvifer, printr-o legtur hidraulic cu alte structuri, poate cauza contaminarea apelor subterane (Council on Environmental Quality 1981). Extinderea i severitatea contaminrii apelor subterane din aceste surse este i mai complicat datorit dinamicii de multe ori imprevizibile i caracterului persistent al compuilor chimici contaminani.

93

DEEURILE SOLIDE

Eliminarea i stocarea deeurilor solide industriale i municipale pe terenuri este o alt cauz posibil a contaminrii apelor subterane. Haldele de deeuri reprezint o surs de poluare prin ptrunderea apei de ploaie i a apei de suprafa sau prin contactul direct cu apele subterane cu.

Levigatul rezultat poate conine un nivel ridicat de BOD, COD, nitrai,

cloruri, alcalinitate, elemente urm i chiar constitueni toxici pot degrada calitatea apelor subterane. n plus, descompunerea biochimic a materiei organice din deeuri genereaz gaze cum ar fi metanul, dioxidul de carbon, amoniacul i hidrogenul sulfurat, care pot migra prin zona nesaturat n terenurile adiacente i pot genera explozii datorit metanului (Flower 1976; Mohsen 1975).

2. Depozitarea i Transportul Materialelor Comerciale

Contaminarea apelor subterane ca urmare a depozitarii i transportului materialelor, rezult din posibilele scurgeri din containerele de depozitare.

CONTAINERELE DE DEPOZITARE

Containerele utilizate pentru depozitarea subteran i suprateran precum i conductele de transport constituie surse ale contaminrii apelor subterane. Dintre toate acestea impactul cel mai mare l au containerele subterane utilizate la stocarea hidrocarburilor. Aceste conducte i containere sunt adesea supuse aciunii de coroziune, precum i apariiei avariilor structurale, urmate de apariia scurgerilor. Cele mai frecvent afectare sunt containerele construite din oel i neprotejate mpotriva coroziunii.

Produsele din benzin i petrol conin componente precum: benzen, toluen, xilen, care sunt foarte solubile n apele subterane.

94

Vaporii de hidrocarburi i compuii imiscibili, ramai captivi n matricea terenului, continu s constituie surse de poluare pe termen lung pentru apele subterane.

3. Operaiunile miniere

Apele subterane pot fi contaminate prin intermediul canalizrilor de la

mine i prin uleiul i gazul de la operaiunile miniere.

MINELE

Sistemele de canalizare de la carierele