valorificarea si protectia resurselor de apa

Upload: fasolai

Post on 07-Apr-2018

224 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    1/88

    VALORIFICAREA I PROTECIA RESURSELOR DE AP

    Conf. Dr. ing. AlexandruISTRATE

    INTRODUCERE

    Unicitatea planetei Pmnt este marcat de prezena apei ntr-o proporiensemnat, ce-i d un aspect deosebit n raport cu alte corpuri cereti similare i i-aconferit denumirea de planeta albastr a sistemului solar.

    Condiiile de genez i, mai ales, de evoluia ulterioar a planetei au permis ntr-o anumit etap separarea apei, care n prezent formeaz una din geosferele externe aleacesteia i reprezint una din componentele eseniale ale ecosistemului Pmnt.

    Toat lumea tiinific este de acord c apa prin proprietile sale fizico-chimicealturi de celelalte componente ale sistemului Pmnt, a ntrunit toate condiiile necesareapariiei vieii, a crei evoluie a determinat formarea de structuri i n care organizarea afost i este din ce n ce mai complex.

    Dezvoltarea vieii n faza incipient nu putea s nu introduc condiii i asupra

    sistemului Pmnt i acestea s-au tradus la nivelul atmosferei, prin apariia oxigenului,care a permis extinderea vieii i pe uscat, astfel nct aceasta formeaz un nvelicontinuu numit biosfer.

    ncadrat geosferelor externe ale Pmntului, biosfera s-a format la interfaadintre acestea i geosferele interne, viaa fiind prezent att n partea superficial alitosferei, ct i n aer i ap.

    Partea solid a Pmntului, cu geosferele sale interne, asigur vieii resurseenergetice substaniale prin bogia elementelor chimice cuprinse n structuri mineralecomplexe. Partea fluid, o constituie geosferele externe ale Pmntului, i reprezintmediul de dezvoltare a elementelor de legtur i intr n structura materiei vii.

    ns aceste separri trebuie privite nuanat pentru c ele au fost percepute de

    tiina uman n diverse etape de evoluie a ei.Limita dintre solid i fluid este perceput cotidian, adic n fiecare moment alvieii umane, ns trebuie neles c sistemul Pmnt a evoluat i evolueaz ntr-un timpmult mai ndelungat. Dac la scara vieii aceast separare pare clar, tiina a dovedit cinteriorul Pmntului, adic partea solid, a avut i are o dinamica intens care o menineca o planet vie.

    Prin urmare interiorul Pmntului are un comportament fluid, care, ns sederuleaz la o scar a timpului infinit mai mare dect cea uman. De aceea muli autoriapreciaz interiorul Pmntului ca un cvasisolid care reacioneaz lent la imensele forecare se nasc pentru meninerea echilibrului planetei. Prin urmare planeta Pmntconstituie un sistem al crui echilibru labil constituie esena vieii.

    ns meninerea echilibrului planetei mai depinde i de factorii cosmici care potmodifica uneori substanial echilibrul climatic. De altfel n ndelungata evoluie aPmntului mai ales n ultimii 550 mil. ani au fost evideniate mai multe momente demodificare global a echilibrului sistemului.

    Astfel, o simpl modificare a nclinrii axei Pmntului introduce schimbriclimatice globale ce se pot manifesta prin scderea substanial a temperaturii iinstalarea unei perioade glaciare n una din emisferele Pmntului. Din exterior pot aparei alte i alte pericole cum ar fi impactul cu corpuri cosmice de mari dimensiuni. De

    1

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    2/88

    asemenea, traversarea de ctre sistemul solar n drumul su circumgalactic a unor centuricu radiaii intense, pot influena substanial viaa pe Pmnt. ns aceste evenimente, celpuin deocamdat, sunt greu de previzibile i poate imposibil de contracarat.

    Prin urmare, exist o multitudine de factori naturali care influeneaz actualuluiechilibru al hidrosferei i a mediului de via, n general, pe planeta Pmnt. Omenirea

    dei nu domin numeric alte specii ale Pmntului, are nevoie de resurse din ce n ce maimari de la cele energetice i materii prime minerale, pn la cele alimentare dintre carecel esenial l constituie apa.

    Dei aparent resursele de ap ale Pmntului ar fi suficiente, lucrurile suntdeparte de a sta aa, pentru c cele consumabile pentru om sunt ntr-o mic proporie.

    Valorificarea i protecia resurselor de ap sunt noiuni ce fac parte dintr-unconcept mai larg numit gospodrirea apelor.

    Valorificarea apei cuprinde:asigurarea necesarului de ap a omului i activitilor umane (industrie,

    agricultur),asigurarea necesarului de ap a faunei i florei,

    utilizarea potenialului energetic al apei,potenialul de transport.Protecia apelor cuprinde totalitatea msurilor care s asigure meninerea

    calitativ a apelor att pentru consum ct i la mediul de via.Tot n aceast categorie trebuie cuprinse i msurile de diminuare i combatere

    a efectelor duntoare a apelor cum ar fi: inundaiile, eroziuni ale taluzului, eroziuni alealbiilor i torenilor, meninerea stabilitii versanilor.

    Un alt aspect ce trebuie avut in vedere este meninerea regimului natural decurgere a apelor mai ales n cazul celor subterane. De exemplu o cretere a niveluluiapelor subterane efectele sunt dintre cele mai diverse: mineralizarea in exces a solului iargilizarea acestuia, tasri mari ale unor suprafee n cazul prezenei depozitelor de loess,

    afectarea construciilor prin inundarea subsolurilor i deteriorarea terenului de fundare,etc.Problemele valorificrii resurselor de ap, mai ales in scopuri potabile sunt

    complexe datorit rspndirii lor inegale.Pentru aceste folosine sunt utilizate ape dulci, care sunt nglobate n ape de

    suprafa (ruri, fluvii, lacuri) i n ape subterane.n primul caz volumul acestora depinde de condiiile climatice i conformaia

    reliefului, ns datorit coninutului de suspensii solide i ncrcturii cu materii organicenecesit tehnologii de filtrare i tratare speciale. n cel de-al doilea caz condiiilegeologice i tectonice sunt hotrtoare .pentru acumularea apelor subterane trebuiendeplinite mai multe condiii: existena unei roci magazin cu un anumit grad depermeabilitate dat de pori sau o reea de fisuri, existena uneia sau mai multor frontierede alimentare i refacere a rezervelor, asigurarea etaneitii bazinului fie prin naturarocii, fie prin existena unei cumpene hidrogeologice (creste ale suprafeei apei subteranece separ bazinele de acumulare).

    n funcie de natura mineralogic i vitezei de deplasare, apele subterane pot fislab mineralizate cu caracteristici potabile drept pentru care sunt folosite in acest scop. nanumite conjuncturi geologice ele sunt puternic mineralizate, care funcie de factorii

    2

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    3/88

    chimici dominani sunt utilizate n alimentaie i n tratament balnear, cu uz intern sauextern.

    n zonele mobile ale scoarei cu cmp termic ridicat apele devin fierbini sauchiar trec n vapori i pot fi folosite n scopuri energetice.

    Curgerea apelor se produce sub efectul gravitaiei dezvoltnd o for hidraulic

    care poate fi folosit n mod natural sau prin amenajri hidroenergetice. Construciaacumulrilor hidrotehnice presupune rezolvarea a numeroase probleme n ceea ceprivete stabilitatea ct i influena asupra mediului.

    Acumulrile hidrotehnice rezolv mai multe probleme n legtur cuvalorificarea apei: asigur o rezerv de ap pentru consum menajer, industrial i irigaii,obinerea de energie electric, atenuarea undelor de viitur, scopuri turistice i sportive,transport naval.

    n multe situaii sunt necesare elaborarea de strategii privind valorificarearesurselor de ap la scar regional prin repartizarea judicioas a debitelor. n cazulapelor de suprafa sunt amenajate canale de deversare a unor debite din arterelehidrografice mai bogate n regiunile mai srace n resurse de ap, att n scopuri de

    alimentare cu ap a populaiei, industriei sau pentru irigaii.Fora hidraulic a apei are ns i efecte distructive asupra mediului prineroziuni i capaciti de transport a materialelor rezultate. Dei aceste efecte suntncadrate intr-o categorie sau funcie a apei distinct, considerm c ele fac parte dinprotecia apelor. Amenajarea albiilor pentru meninerea cursului i seciunii de curgere,aprrile de mal, pragurile de fund, etc. sunt lucrri care s protejeze cursul de ap,malurile i vecintile acestora i s limiteze inundaiile. Aici trebuie incluse i lucrri deamenajare a bazinului hidrografic n cursul su superior i mediu care pe lng celelaltelucrri trebuie inclus meninerea i dezvoltarea fondului forestier, care limiteaz undelede viitur i regularizeaz debitele transportate anual. Exploatarea forestier ar trebuicorelat cu toi factorii de mediu, pornind cu structura litologic a terenului pn la

    dirijarea scurgerii apelor. n viitor vor trebui perfecionate i inventate noi tehnologii devalorificare a resurselor oceanului i de protecie a acestuia.Ca resurs de ap potabil aceasta nu poate fi utilizat dect prin tehnologii de

    desalubrizare a apei, cum se ntmpl n cteva cazuri n lume.ns acesta ofer resurse energetice cu un potenial remarcabil prin efectul de

    flux i reflux sau prin fora valurilor. De asemenea oceanul planetar poate constitui oadevrat main termic prin diferena de temperatur dintre apele de suprafa i celede adncime.

    Dac apa mrii poate constitui resurs pentru omenire, trebuie inut seama coceanul planetar colecteaz toate reziduurile activitii umane, unele greu degradabilecum ar fi de exemplu cele radioactive sau materialele plastice.

    nc din timpuri istorice oceanul planetar a reprezentat o cale de transportrelativ ieftin prin care s-a realizat legtura dintre diferite pri ale lumii. n ultimul secolfuncia de transport a oceanului s-a amplificat foarte mult att prin numrul de nave ct iprin volumul acestora.

    Creterea fr precedent nevoilor energetice, n special petrol, i a volumuluimrfurilor n general a impus construirea unor nave de mari dimensiuni. Proteciaoceanelor se impune i din alt punct de vedere el fiind mediul de via al unei biomase ncantiti uriae. Dat fiind tendina de sporire a populaiei Globului muli i ndreapt

    3

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    4/88

    atenia ctre resursele oceanului, altele dect cele folosite pn n prezent. Sunt unelepreri c dac se iau n considerare resursele alimentare ale oceanului, populaia Globuluipoate ajunge la cca. 15 miliarde oameni, cifr care poate fi atins probabil n cel mult unsecol.

    De fapt, odat cu apariia omului i creterea populaiei al dimensiunile de azi i

    viitoare se poate vorbi de o nou geosfer, i anume antroposfera, care producemodificri uneori importante ale mediului natural.Dac omul este cea mai nalt form de organizare a materiei i a ajuns s

    neleag mediul n care triete atunci implicit se tie c existena sa depinde deechilibrul sistemului Pmnt prin toate componentele sale. Cu ct numrul celor carecontientizeaz acest lucru crete, se poate vorbi de formarea unei geosfere de nivelsuperior, omul, noosfera (geosfera raionalitii) care tinde o nlocuiasc pe ceamenionat mai sus (antroposfer).

    Lucrarea de fa i propune s prezinte ntr-o form diferit problemele legatede valorificarea i protecia resurselor de ap, rolul acestora n dezvoltarea istoric i nperspectiva societii umane.

    Noiunile expuse n continuare pot constitui o baz de discuie a celor care sepregtesc n domenii ce au legtur cu mediul natural precum i a altor categoriiprofesionale din domeniul economic i social.

    CAPITOLUL 1HIDROSFERA COMPONETA ESENIAL A ECOSISTEMULUI

    PMNT

    1.1.GENEZA APEIMantaua Pmntului poate fi considerat ca generatorul principal al apelor

    naturale. Din cantitatea iniial de 20x1018 tone de ap (aflat n diferite stri de agregare)din manta, n scoara terestr i n Oceanul planetar a migrat aproximativ 3,4x10 18 tone,

    adic 17%.

    4

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    5/88

    Celelalte dou

    surse ale hidrosferei, meteoriii din spaiul cosmic i straturile nalte ale atmosferei, aufurnizat o cantitate de ap foarte redus. O cantitate important de ap (circa 1x1018 tone)a fost pierdut de Pmnt n spaiul cosmic. Dac se raporteaz cantitatea de ap pierdutde manta (3,4x1018 tone) la greutatea scoarei terestre (47x1018 tone) rezult un aportjuvenil de 7%, care practic coincide cu coninutul mediu n vapori de ap al erupiilorvulcanice. Dup Vinogradov A.P., valoarea de 7% reflect umiditatea materiei iniialedin manta, pirolitul (amestec de piroxen i olivin), care a participat la formarea scoareiterestre i a hidrosferei.

    Aceast umiditate (coninutul de H2O, exprimat ca raport ntre greutatea apei igreutatea mantalei) este specific, probabil, materiei din astenosfer aflat ntr-o stare deplasticitate avansat.

    Rocile din litosfera inferioar au un coninut de ap redus (0,2-1,0%) datoritdeshidratrii care a condus la formarea hidrosferei. Aceasta este considerat ca rezultat a

    dou procese: difereniere timpurie a mantalei Pmntului (se apreciaz c n arhaic s-a format masa

    principal de ap; Sidorenko, 1978); degazeificarea i deshidratarea lent a mantalei, care a avut loc n toat istoria

    geologic a Pmntului.n domeniul temperaturilor i presiunilor foarte mari se poate considera un grad

    ridicat de discretizare a hidrosferei subterane datorit prezenei apei sub form de

    Scoara

    terestr

    Mantauasup

    erioar

    Sedim.

    Granitic

    Bazaltic

    Litosfer

    inferioar

    Astenosfer

    100

    50

    Roci sedimentare

    Gnaise i granite

    Gabbrouri

    Dunite i

    peridotite

    Pirolit

    RociGeosfereAdnc.[km]

    Coninut H2O[%]

    2 106

    Fig. 3.Variaia coninutului de H2O n scoara terestr i mantaua superioar

    5

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    6/88

    molecule disociate. Schimbul de ap, n acest context, trebuie neles ca un transfer demas molecular n condiiile unor interaciuni structurale complicate ntre ap i minerale.

    Aceste consideraii, justific punctul de vedere (Pavlov, A.N., 1977) chidrosfera este un sistem geologic, iar circuitul general al apei reprezint numeroaseconexiuni, a cror cunoatere ajut la nelegerea multor procese geologice, printre care i

    formarea apelor subterane.Prin gruparea tuturor componentelor i conexiunilor dintre ciclul hidrologic (climatic) icelgeologic rezult un model complet al circuitului apei din scoara terestr: ciclul hidrologic controleaz procesele de deplasare a umiditii din ocean, prin

    atmosfer, pe continent, asigurnd totodat refacerea continu a rezervelor de apesubterane.

    ciclul geologic produce eliminarea apei din sedimente i participarea acesteia laprocesele geologice pn n fazele de metamorfism, n diferite zone termodinamiceale scoarei terestre.

    6

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    7/88

    2. Micarea apei n geosfere

    Formele de micare a apei n geosferele Pmntului sunt foarte diferite, dar nansamblu ele se caracterizeaz prin unitate i interdependene. Apa legat fizic se poatetransforma n ap liber, faza lichid n vapori, apa higroscopic n pelicular etc. n acestsens se poate vorbi deforma geologic de micare a apei, care reprezint o component

    principal a formei geologice de micare a materiei. Aceast micare are o naturcomplex legat de deplasarea apelor att prin roci ct i mpreun cu materia scoareiterestre, ncepnd de la suprafa Pmntului i terminnd cu zonele de metamorfism imagmatism de adncime.

    innd seama de condiiile termodinamice i de forele care controleaz micareaapei subterane, se pot deosebi trei tipuri deforme geologice de micare a apei:

    micarea meteogen a apei subterane este localizat n partea superioar ascoarei terestre (adncimi de 0,5-1,0, mai rar 3km, iar n condiii favorabile se

    7

    Fig4.Conexiuni ntre ciclul hidrologic (I) i cel geologic (II) al apei

    din scoara tertestr.

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    8/88

    dezvolt pn la 5 km) n care presiunea de strat a apelor subterane nu depete presiunea hidrostatic i unde predomin micarea hidraulic propriu-zis(filtrarea liber) cu manifestarea n secundar i a altor forme de micare a apei(capilar, difuzie etc.).

    micarea litogen a apei subterane se produce n cadrul proceselor de diagenez a

    complexelor sedimentare, este specific domeniului submarin i orizonturilorinferioare ale bazinelor sedimentare, la adncimi mai mari de 1-3 km, unde apeleregenerate pot crea presiuni de strat superioare celor hidrostatice;

    micarea magmatogen a apei subterane este caracteristic pentru domeniile deadncime ale hidrosferei subterane unde la temperaturi i presiuni ridicate seproduce separarea apei din bazinele magmatice sau din rocile metamorfozate, cuun important coninut important de gaze, formndu-se de regul sistemehidrominerale.

    n legtur cu formele geologice de micare a apelor subterane sunt interesanteconcluziile lui W.Galloway referitoare la regimuli geochimia apelor subterane n cadrul

    unui bazin sedimentar din Texas (S.U.A). Modelul general de evoluie ntr-un astfel debazin cuprinde dou faze principale, cea de sedimentare i cea de subsiden a crordesfurare este influenat de :

    regimul meteoric (de infiltrare) localizat n zonele marginale ale bazinului,caracterizat prin manifestarea presiunilor hidrostatice care pot persista pn laadncimi de 3-4 km;

    regimul de compactare,caracterizat prin expulzarea ascendent i descendent aapei interstiiale, cauzat de compactarea sedimentelor prin presiune litostaticsau tectonic i declanarea procesului de geopresurizare, dac drenajul nu estesatisfctor datorit orizonturilor groase cu permeabilitate redus, (presiunea destrat a apelor subterane

    depete pe ceahidrostatic); regimul termobaric,

    (de adncime) careinclude zonele adnciale bazinului subsident,unde permeabilitateaeste substanial redus prin compactare icimentare, iar presiunilei temperaturile ridicate

    genereaz reacii dedeshidratare amineralelor, cueliminarea unui volummare de ap.

    Serpentinizarea, circulaia apelor juvenile prin zonele de rift, amestecul apelor juvenile cu cele vadoase sunt procese asociate dinamicii apei din mantaua terestr.

    8

    Fig.4.Regimul apelor subterane ntr-un bazin sedimentar,

    aflat n faza de sedimentare i subsiden. 1-regim

    hidrostatic; 2-regim de compactare; 3-regim termobaric; 4-

    geopresurizare.

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    9/88

    Serpentinizarea (hidratarea) crustei oceanice este rezultatul aciunii fluidelor juvenile inu a apei oceanice, aa cum se susine n modelele circuitului geologic al apei pentru cptura de serpentine nici nu vine n contact nemijlocit cu apa oceanic.

    Zonele de rift continental i oceanic sunt ci de ptrundere i descrcarenemijlocit a fluidelor juvenile (mpreun cu substanele fluide din manta). n zonele de

    rift continental, care au de regul un grad de deschidere mai redus, apa poate avea oorigin mixt, datorit mbogirii fluidelor juvenile n timpul migraiei ascendente prinscoara terestr. Datele experimentale au artat c n rifturile continentale coninutul deap este de cteva ori mai mare fa de rifturile oceanice. Fluidele rifturilor oceanice secaracterizeaz printr-un coninut mai mare de ap juvenil datorit perioadei de migraiereduse.

    Apa juvenil, legat de serpentinitele din crusta oceanic, unde crusta de tipoceanic se scufund sub cea de tip continental, retopindu-se, n faza migraiei ascendentese amestec cu apele vadoase. Dup evalurile cele mai optimiste, componenta juvenil aapelor geotermale din regiunile vulcanice are valori reduse, de 5-10%, i n cazuri rare25% (White, 1969).

    Cile de drenaji de curgere n adncime care favorizeaz amestecul celor doutipuri genetice de ape (juvenile i vadoase ) sunt reprezentate de :

    zonele de minim rezisten (corpurile magmatice i faliile adnci deschise) care

    dreneaz mantaua i pot asigura ptrunderea apelor gazoase la adncimi mari; rifturile oceanice i continentale, de-a lungul crora poate avea loc migraia

    ascendent sau descendent (a componentei vadoase) a apei subterane.La scara timpului geologic apele de origin vadoas pot atinge adncimi de 5-6

    km. Micarea apei pn la aceste adncimi este asigurat nu numai de presiuneahidrostatic dar i de diferena de densitate dintre apele infiltrate reci i apele migrate dinadncime, cu densitate mai redus. Apele reci, infiltrate au o circulaie descendent subaciunea hidrostatic dar n acelai timp datorit diferenei de densitate, deplaseaz

    Fluxtermic

    Fig.6. Schema de formare i descrcare a hidrostructurilor

    geotermale de origine vadoas

    (dup White, 1967). 1-roci sedimentare impermeabile; 2-

    orizont permeabil; 3-roci cristaline(impermeabile); 4-direciade curgere a apei; 5-fracturi adnci deschise

    Fluxtermic

    9

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    10/88

    ascendent apele geotermale. Acest mecanism explic formarea i descrcarea la suprafaaterenului a hidrostructurilor geotermale. Se poate n acest fel aprecia c apele vadoase potcircula pe zonele slbite tectonic pn la partea superioar a pturii granitice.

    Schema zonalitii hidrogeodinamice pe vertical a apelor subterane.

    Zonegeochimice

    Zonegeohidrodinam

    ice

    Structurageologic i

    structurabatimetric

    Tipulgenetic icaracterulrezervelor

    Zone hidrochimiceImportanaeconomic

    Procesecaracteristi

    ce

    Tipul chimicde ap

    Zondehipergenez

    Zonaschimbului de

    ape activ:apele subterane

    particip intensla schimbul cuapele de

    suprafa

    Structurideschise i

    puternicerodate, aflaten zona deinfluen adrenajului

    reelei hidro-grafice;Adncimi

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    11/88

    Formarea hidrosferei Pmntului trebuie cutat n primele faze de formare a sa.Majoritatea teoriilor privind geneza planetei noastre invoc o faz de incandescen pecare a traversat-o i n care se produceau ample procese convective i de stratificaregravitaional.

    Materia incandescent trebuie sa fi fost de tipul magmei, cunoscut astzi ca otopitur complex de silicai, oxizi, sulfuri i elemente native. ns lucrurile trebuie s fifost mult mai complicate, pentru c astzi, prin metode de cercetare indirect s-a stabilitc densitatea din centrul Pmntului atinge valori de 12-13 g/cm2, la presiuni de 4,5 Mbai temperaturi de 3400-3850C.

    Aceasta, pentru c stratificarea materiei s-a produs prin concentrarea n nucleulintern al Pmntului a particulelor atomice ntr-o structur strns fr spaii, iar spreexterior s-au format pturi cu structuri moleculare, sau mai bine spus, de structuricristaline cu densitate din ce n ce mai mic.

    Constituirea unor reele cristaline cu ordonare geometric presupune absorbiede energie, care n cazul aglomerrii gravitaionale a avut valori mai reduse cu ct se

    merge spre exterior, spre suprafaa planetei. n orice caz, se consider c dup cca. 100mil. ani Pmntul i constituie o crust solid sub care existau ntinse celule de convecietermic i molecular. Asta nseamn c la suprafaa terestr exista o intens activitatevulcanic, aa cum este ea astzi neleas.

    n procesul de consolidare i cristalizare a magmelor n fazele finale seelibereaz soluii apoase bogat mineralizate ce evolueaz sub temperaturi de 374C(temperatura critic a apei). Prin urmare suprafaa terestr a avut temperaturi mai micidect temperatura critic, ceea ce a permis acumularea acestora n regiunile depresionare,la care s-au adugat apele rezultate din condensarea vaporilor. Astfel, nc de la nceputtrebuie s fi avut loc un circuit natural al apei.

    Naterea apei n condiii magmatice i vulcanice este prezent i astzi, fie n

    lungul dorsalelor medio oceanice, fie n manifestrile postvulcanice, unde estedenumit ap juvenil (ap care nu a circulat niciodat la suprafaa terestr i provineexclusiv din scoara terestr).

    Rcirea planetei i formarea unei cruste subiri s-a fcut n paralel cu degajareaunui volum imens de gaze, n special, de dioxid de carbon, azot i compui ai acestora.

    Separarea apei n procesul de rcire a acesteia a fost posibil n condiiile unuicmp gravitaional de intensitate moderat i a unei presiuni atmosferice joase. Dinamicamicrilor convective subcrustale i separarea gravitaional a geosferelor interne audeterminat i apariia unui cmp magnetic, care funcioneaz ca un scut de protecie ncalea radiaiilor solare i termice.

    Formarea oceanului primordial a constituit un proces de lung durat pentru cprimele organisme unicelulare apar de abia n urm cu 3.800 mil. ani, acestea fiind detipul algelor albastre i roii. Aceste organisme s-au dezvoltat n condiii anaerobe, avndca surs de energie lumina solar i sintetiznd dioxidul de carbon i azotul(cianobacteriile). Din acest proces metabolic se elibera oxigenul ntr-o cantitate suficientca s intre n compoziia atmosferei. Mare parte din oxigenul eliberat era cuprins nstructurile chimice complexe ale mineralelor din compoziia crustei terestre.

    Pe parcursul a cca. 1.000 mil. ani algele albastre i verzi se nmulesc formndntinse covoare pe fundul mrilor depunnd structuri lamelare de carbonat calciu

    11

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    12/88

    denumite stromatolite. Creterea structurilor coloniale a determinat pe de alt partemrirea concentraiei de oxigen, astfel nct la sfritul acestui interval (Arhaicul) segsea ntr-o cantitate suficient declanrii vieii aerobe. Cianobacteriile supravieuiesc iastzi pe fundul oceanelor cu activitate hidrotermal, n ape fierbini i acide sau n mricalde cu ape puin adnci.

    Creterea destul de lent a oxigenului s-a datorat mobilitii chimice a acestuiai condiiilor dinamice ale suprafeei planetei, fiind legat n oxizi de fier abundent n staretopit, i alte tipuri de oxizi.

    n orice caz, aceast stare se foarte mult astfel nct la sfritul Proterozoicului(cca. 550 mil. ani) se consider c oxigenul s-a apropiat la o proporie de 17% dinconstituia atmosferei, valoare apropiat celei de astzi.

    1.1 Sistemul PmntEvoluia Pmntului ntr-un spaiu cosmic rarefiat fr densitate i formarea

    unui cmp gravitaional au permis concentrarea materiei n geosfere aproximativconcentrice, a cror densitate crete spre centru. n aceste condiii structura general a

    acestuia poate fi cuprins n geosferele interne, partea solid i geosferele externe, parteafluid.Geosferele interne sunt difereniate n funcie de densitate putnd fi separate n:

    nucleu, manta i scoara terestr. Densitatea medie a geosferelor interne este deaproximativ 5,5 g/cm3, variind de la 12-13 g/cm3 n nucleul intern, la 2,7 g/cm3 n scoaraterestr.

    Forma Pmntului este destul de complicat, considerndu-se pentrusimplificare, un elipsoid de rotaie, extins la ecuator i turtit la poli (elipticitate 1/30).Suprafaa elipsoidului muleaz aproximativ suprafaa oceanului cnd aceasta nu esteagitat. ns din cauza distribuie inegale a densitii din interior i variaiei grosimiiscoarei terestre, acesta are o form mai complicat datorit interveniei gravitaiei.

    Din aceast cauz, forma Pmntului a fost denumit geoid a crei suprafa seplaseaz sub nivelul elipsoidului de referin, n domeniul oceanic i deasupra acestuia, ndomeniul continental, cu relief pozitiv (fig. ).

    Msurtori de mare precizie ale meridianului contat o curbur mai accentuatn emisfera sudic dect n cea nordic. Astfel, n partea sudic are o form mai sferic nraport cu cea nordic, ce-i d un aspect de par form care a fost denumit terroid sauteluroid (fig. ).

    Scoara terestr este nveliul extern cu grosimea medie cea mai mic (30-40km) n raport cu celelalte geosfere externe, fiind de 6-10 km n domeniul oceanic i de50-70 km n domeniul continental, n structuri muntoase. Ea este constituit din pturabazaltic cu extindere general peste care se aterne ptura granitic, prezent numai ndomeniul continental i n continuare urmeaz ptura sedimentar, de asemeneadiscontinu, atingnd grosimi de 15-18 km n fostele fose oceanice i lipsind n lunguldorsalelor medio oceanice sau n orice caz cu o grosime neglijabil.

    La baza structurii mineralogice complexe a scoarei terestre stau numai 8elemente chimice: oxigenul 46%, siliciu, fier, aluminiu, calciu, magneziu, potasiu isodiu.

    Mineralogic scoara este format ntr-o proporie de 75% din silicai, dominanifiind cei de aluminiu (de unde prescurtareasial), la care se adaug grupa silicei (dioxid de

    12

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    13/88

    siliciu) ntr-un procent de 12.6%. n restul de 12.4% sunt cuprini ceilali oxizi, la care seadaug hidroxizi, elemente native, sulfuri i sulfosruri i alte sruri oxigenate (carbonai,sulfai, fosfai, bromai, wolframai, etc.). aadar scoara terestr ofer o palet largmineral, din care covorul vegetal i animal i extrage substanele chimice necesaremetabolismului.

    Mantaua constituie cea de-a doua geosfer a interiorului Pmntului ce seextinde pn la adncimi de 2900 km. Ea se divide n mantaua superioar, ce se extindepn la adncimi de 400 km i mantaua inferioar. Acestea se difereniaz fizic, mantauasuperioar denumit i astenosfer, avnd densiti de 3,3-3,5 g/cm3 i imediat sub crustaterestr i valori ceva mai mici n rest.

    Imediat sub crusta terestr mantaua prezint o coaj subire, solid ce ajunge laadncimi de 50-70 km n domeniul oceanic i 150-200 km sub structurile muntoasecontinentale, i formeaz mpreun cu scoara ceea ce a fost denumit litosfer.

    Sub litosfer urmeaz un mediu mai puin dens cu o viscozitate cel puin cu unordin de mrime mai mic dect vecintile i constituie astenosfera propriu-zis. Aicieste sediul unor celule de convecie termic ce creeaz tensiuni n litosfer i determin

    deriva continentelor n timp.Mantaua superioar este compus din silicai de Al, Ca, Mg, Fe (sialsima) iconstituie originea unor fenomene i procese foarte dinamice, cum ar fi cele legate devulcanism i de cutremure.

    Mantaua inferioar este solid, unde densitatea crete la 4,5-4,7 g/cm3 la limitacu nucleul. Bilanul chimic este asemntor cu cel al astenosferei, ns datorit creteriitemperaturii i presiunii materia se prezint sub alte forme mineralogice (silicai anhidriide Ca, Mg, Fe, Mn, structuri granitice, oxizi de Ti i Fe, oxid de Si cubic).

    Nucleul se difereniaz net prin creterea densitii la valori de 10,2 g/cm3 npartea extern i de 12-13 g/cm3 spre centru Pmntului. Ca i mantaua se divide n dousubgeosfere: nucleul extern care se pare c are o stare fluid (undele seismice

    transversale sunt absorbite) ce se ntinde pn la adncimi de 5000-5100 km, i nucleulcu o stare a materiei aparte a crei densitate ridicat este dat de o presiune ce atingevalori de 3,5 Mba, iar temperatura ajunge la 3700-4000C. La astfel de condiii trebuie sane gndim c n nucleul intern materia trebuie s fie divizat pn la nivelul particuleloratomice, adic un amestec aleatoriu de protoni, neutroni i electroni. O astfel de structurnu poate rmne, totui, ntmpltoare pentru c numai protonii i electronii pot formacupluri electrostatice, care pot explica cmpul electric i magnetic al Pmntului.

    n nucleul extern, unde se constat o stare fluid, starea materiei trebuie s fiede tranziie. Prin scderea presiunii i temperaturii probabil, particulele nucleare ncep sse organizeze n straturi atomice, i de ce nu, n reele cristaline cu o anumit dispoziiespaial. Poate n acest fel se explic existena curenilor de convecie de la nivelulnucleului extern a cror vitez este de 13-15 km/an, mult superioar plcilor tectonice ncare este fragmentat litosfera.

    Dei nu avem o investigare direct n profunzimea Pmntului, prin cercetriindirecte, putem nelege mecanismul de funcionare al acestuia. Aplicarea unor modelefizico-matematice de comportament al cmpului gravitaional, termic, magnetic ielectric a Pmntului au condus la ipoteze diferite de cele anterioare privind structuranucleului. n concluzie, cmpurile fizice ale Pmntului trebuie explicate prin structuranucleului n raport cu celelalte geosfere interne.

    13

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    14/88

    Geosferele externeCuprind spaiul dintre scoara terestr i mediul cosmic nconjurtor

    Pmntului, mai ales, hidrosfera i atmosfera. Ca i celelalte geosfere al Pmntuluidatorit gravitaiei i micrii de rotaie, hidrosfera i atmosfera sunt poziionate funciede densitate. Hidrosfera este constituit dintr-o ptur lichid mai dens, fiind situat la

    suprafaa scoarei terestre. Atmosfera reprezint ptura gazoas fiind din ce n ce mairarefiat spre exterior. Cea de-a treia geosfer extern este biosfera, al crei mediu dedezvoltare este multiplu, viaa dezvoltndu-se n scoara terestr, ap i aer.

    Hidrosfera cuprinde ntreaga cantitate de ap n stare liber sau legat nstructura mineralelor din scoara terestr i mantaua superioar.

    Proporia cea mai mare o constituie apa liber, o parte din aceasta fiind n staresolid (ghea, zpad) i gazoas (vapori).

    Funcie de poziia spaial apa liber gravitaional poate fi mprit n: apesubterane, din interiorul scoarei terestre, i ape de suprafa. n categoria apelorsubterane sunt apele subterane propriu-zise care circul n porii i fisurile rocilor, gheariisubterani (permafrost) i umezeala solului.

    n categoria apelor de suprafa sunt cuprinse: oceanele, mrile, lacurile, rurilei fluviile, mlatinile, ghearii de calot i montani. De asemenea, apa ptrunde natmosfer sub form de picturi, vapori i cristale de ghea.

    Dintre acestea volumul cel mai mare este cuprins n oceane i mri, careacoper 70% din suprafaa Pmntului. Volumul total al hidrosferei este apreciat la cca.1.386 mil. km3 din care 96,5 reprezint oceanul planetar, format numai din ap srat.Celelalte procente cuprind n cea mai mare parte apa dulce care este repartizat n proporie de 1,7% ghearilor i 1,7% apelor subterane. Sub 1% reprezint celelaltesisteme hidrologice, lacuri i ruri (0,01%) cu ap dulce sau ap srat: mri interioarefr legtur cu oceanul planetar, ape minerale, ape geotermale i ape reziduale dezcmnt.

    n comparaie cu alte resurse, apa este sigura care se reface la scara vieiiumane, datorit mobilitii ei sub efectul energetic al cmpului gravitaional i termic alPmntului. Micarea apei pe diverse ci i sub diferite forme constituie un proces naturaldenumit circuitul apei.

    Circulaia apei are loc sub toate cele trei stri fizice ale materiei: gazos, fluid isolid. Mecanismul circuitului natural al apei se declaneaz sub impulsul energiei termicea Pmntului, cnd apa din domeniul uscatului i marin este trecut n stare de vapori.Procesul de evaporare se produce n cea mai mare parte prin aciunea sursei externe acmpului termic dat se Soare. ns o parte din ap este transformat n vapori, i subefectul cmpului termic intern al Pmntului din regiunile cu activitate vulcanic ipostvulcanic (soffoni, gheizere).

    Masa de vapori cu densitate mai mic dect a atmosferei capt o micareascensional, ridicndu-se n pturile nalte de temperatur joas (cmpul termic scaderapid cu altitudinea). Contactul cu un mediul mai rece determin iniierea procesului decondensare i declanarea precipitaiilor, care funcie de regiunea climatic se manifestsub form lichid sau solid.

    Din acest model rezult c energia termic transform apa n vapori i imprimo micare ascendent n timp ce sub efectul forei gravitaionale are loc micarea inversdescendent revenind pe suprafaa Pmntului. Prin urmare. Prin circuitul natural apa

    14

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    15/88

    este ntr-o continu micare cu ritmuri de rennoire extrem de diferite funcie de forma destocare.

    Toat lumea este de acord c viaa a nceput n ap, n protooceanul planetar,care a aprut n procesul de rcire a Pmntului dup faza incandescent pe care atraversat-o. Sursa apei din vechiul ocean este mantaua superioar a Pmntului prin

    consolidarea magmei i scderea temperaturii la valori mai mici de 374C (temperaturacritic a apei). Acest proces s-a derulat n cursul a 4 miliarde ani i se apreciaz cvolumul iniial al hidrosferei era de 20 mil. km 3 (P. Gtescu, 2003). n decursulexistenei Pmntului de cca. 4,5 miliarde ani s-a eliberat din mantaua superioar cca. 3,4miliarde km3 de ap, valoare mult superioar volumului actual al hidrosferei.

    Diferena fa de volumul actual este regsit n consumul biosferei, apa fiindelementul esenial n metabolismul organismelor. n prezent, se apreciaz c numaibiosfera vegetal consum anual 2250 km3, din care 25% este folosit n procesul defotosintez pentru eliberarea oxigenului. Dac biomasa vegetal s-a meninut constant,n ultimii 600 mil. ani rezult c acesta a consumat cca. 1,7 miliarde km3.

    Volumul hidrosferei i perioada de rennoire defalcate pe subsisteme

    componente sunt redate sintetic n tabelul 1.1. (dup World Water Balance and Resourcesof the Earth, din P. Gtescu, 2003).Tabel 1.1.

    Categoria SuprafaaAcoperit(km2)

    Volumul(km3)

    GrosimeaStratului deAp (m)

    % Perioada derennoire aVolumului de ap

    Oceanul Planetar 361.300.000 1.336.000.000

    3.700,00 95,5 2500 ani

    Apa subteran(gravitaional icapilar)Apa subteran

    predominant dulce

    134.800.000

    134.800.000

    2.340.000

    10.530.000

    174,000

    78,00

    1,70

    0,761.400 ani

    Umezeala solului 82.000.000 16.500 0,200 0,001 1 anGheari i strat

    permanent de zpad- Antar ctica- Groenlanda- Insulele Arctice- Zonamuntoas

    16.227.500

    13.980.0001.802.400226.100224.000

    24.064.100

    21.600.0002.340.00083.50040.000

    1.463,000

    1.546,0001.298,000369,000181,000

    1,74

    1,560,170,0060,003

    9.700 ani

    1.600 ani

    Gheaa subteran (npermafrost)

    21.000.000 300.000 14,000 0,002 10.000 ani

    Lacuri- lacuridulci- lacurisrate

    2.058.7001.236.400822.300

    176.40091.00085.400

    85,7073,60103,80

    0,0170,0070,006

    17 ani

    Mlatini 2.682.600 11.470 4,28 0,0008

    5 ani

    Ruri 148.800.800 2.120 0,014 0,0002

    16 zile

    15

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    16/88

    Apa biologic 510.000.000 1.120 0,002 0,0001

    Cteva ore

    Apa din atmosfer 510.000.000 12.900 0,025 0,001 8 zileTotal ap dulce 148.800.000 35.029.210 235,000 2,53Total resurse ap 510.000.000 1.385.984.61

    02.718,00 100,0

    0

    Din tabelul de mai sus, cteva date sunt interesante. O prim observaie este chidrosfera este nglobat oceanului planetar n proporie mai mare (96,5%) i numai unprocent foarte mic revin celorlalte sisteme (3,5%). Apei dulci i revin 2,53% care esteesenial vieii umane i a unei pri din regnul vegetal i animal. Pentru umanitate numaio parte din apa dulce poate fi consumat, pentru c aceasta trebuie sa fie pur biologic.

    Aceste condiii de calitate le ndeplinete o parte din apa subteran, al cruivolum este foarte redus (numai 0,76%) i apele din gheari ce reprezint 1,74%.

    Celelalte subsisteme ale apei dulci (ruri, lacuri)necesit tehnologii de filtrare ipurificare, datorit ncrcturii n sedimente i coninutului biologic, n condiiile n careproporia este i mai redus (0,002% ruri, 0,007 lacuri dulci). Apa din gheari reprezint

    o surs ipotetic pentru c valorificarea acestei surse presupune tehnologii noi, care nprezent, sunt extrem de dificil de pus n practic.Date fiind resursele limitate de ap dulce, cu att valorificarea i protecia

    acestora devine mai acut, n condiiile creterii populaiei Globului, iar emisiile poluantesunt din ce n ce mai mari.

    Gradul de rennoire al resurselor este extrem de diferit, de la cteva ore pentruapa biologic la 10.000 de ani pentru apa din ghearii subterani. Dac perioada derefacere a rezervei oceanului planetar este de 2.500 ani, pe locul urmtor se situeaz apasubteran cu 1.400 ani. n cazul refacerii rezervei de ape subterane valorile sunt, deasemenea, extrem de variabile, de la cteva zeci de zile pn la mii de ani.

    Dac este s ne referim la un caz din Romnia, rezerva de ap a stratelor de

    Frteti din subsolul Cmpiei Romne, se reface n cca. 30.000 ani, dup datele dedeterminare a vrstei absolute a unor izotopi radioactivi.Pentru a avea o imagine asupra circuitului natural al apei edificatoare sunt

    principalele elemente ale bilanului hidric global: precipitaiile (P), evapotranspiraia (E)i scurgerea rurilor, aici fiind nglobat i scurgerea subteran (Tabel 2 din P. Gtescu).

    Tabel 2.Elementele bilanului apei Volumul

    (km3)Strat de ap(mm)

    Suprafaa uscatului drenat de Oceanul Planetar (116.800.000 km2)PrecipitaiiScurgerea din ruriEvapotranspiraie

    Suprafaa endoreic (fr scurgere spre Oceanul Planetar, 32100000 km

    2

    )PrecipitaiiEvaporaie

    106.00044.23061.770

    7.5007.500

    910380530

    238238

    Suprafaa Oceanului Planetar (361.100.000 km2)PrecipitaiiScurgere din ruriEvaporaie

    411.60044.2304.557.830

    1.1401201.260

    Suprafaa Tarrei (510.000.000 km2)Precipitaii 525.000 1.030

    16

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    17/88

    Evaporaie 525.000 1.030

    La ansamblul globului volumul anual al precipitaiilor este egal cu cel alevapotranspiraiei, ns luat pe subsisteme bilanul hidric este diferit n oceanul planetarfat de domeniul continental. Luate n echivalent strat de ap, precipitaiile au valori de

    910 mm/an n domeniul continental i de 1.140 mm/an n cel oceanic. Din acesteaevapotranspiraia are valori de 530 mm/an pe uscat i 1.260 mm/an pe suprafaa marin.Scurgerea rurilor din domeniul continental n ocean este de 380 mm/an (44.230

    km3) n timp ce rurile interioare continentelor au o valoare de cca. 230 mm/an (26.770km3). Din aceast valoare scurgerea subteran reprezint o valoare de 22 mm/an, adic2.400 km3. Repartiia resurselor de ap dulce pe continente este reflectat de tabelul 3. (P.Gtescu, 2003).

    Tabel 3ElementeleBilanului

    Continentul

    Suprafaa(mil.km2)

    ResurseTotaledeAp

    (mil.km2)

    Precipitaii (P) Scurgerea rurilor Evaporaiaefectiv (E)

    Discordanen bilan(+,-)(P-Q=E)

    CoeficientulscurgeriiQ/Pmm km3 Scurgerea

    total (Qt)Scurgerea nocean (Q)

    mm km3 mm %dinPmm Km

    3 mm km3

    Europainclusivinsuleleaferente

    10.500 1.400 789 8.290 306 3.210 271 2.849 505 5.300 +13 1,6 0,38

    Asia,inclusivinsuleleaferente

    43.500 3.455 742 32.240 332 14.410

    312 13.560

    41 17.980

    +16 +2,1 0,42

    AfricainclusivMadagascar

    30.120 2.390 742 22.350 151 4.570 186 4.110 533 16.040

    +73 +9,8 0,18

    America de Nord iCentralinclusivinsuleleaferente

    24.200 4.400 756 18.300 339 8.200 324 7.840 418 10.100 +14 -2,0 0,43

    America deSud

    17.800 3.010 1.597

    28.400 661 11.760

    658 11.700

    853 15.180

    +89 +5,6 0,41

    Australia 7.615 1.200 456 3.470 39,5

    301 56,6

    279 393 2.990 +26,4 +5,8 0,09

    AustraliacuTasmania iOceania

    8.900 1.202 791 7.080 267 2.390 265 2.370 491 4.390 +35 +4,4 0,34

    Antarctica 13.980 21.600 177 2.480 165 2.310 165 2.310 0 0 +12 +7,0 -

    Total Terra 149.000 38.657 800 119.000

    314 46.800

    300 44.700

    463 67.000

    +50 +6,2 -

    Din acesta se reine penultimul loc al resurselor Europei, de numai 1,400 mil.km3 n raport cu ale Americii de Nord si Centrale de 4,400 mil. km3 sau ale Asiei de3,455 mil. km3, apoi America de Sud cu 3,0 mil. km3. ultimul loc l ocup Australia cu1,20 mil. km3, ns aceast rezerv este stocat numai n subteran, fat de scurgerearurilor d numai 301 km3.

    17

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    18/88

    Biosfera este cea de-a treia geosfer extern a Pmntului format din masatotal vegetal i animal. Limitele acestei geosfere sunt ezitante, putnd spune c nmare, ea s-a dezvoltat la contactul hidrosferei i atmosferei cu scoara terestr.

    ns viaa aa cum s-a mai artat a aprut n condiii marine anaerobe dup cares-a extins i n celelalte geosfere, scoara terestr i atmosfera. Aceast extindere poate fi

    interpretat ca o adaptare la noile condiii de mediu: o atmosfer, care pe lng dioxid decarbon i azot a aprut oxigenul n procesul de fotosintez a primelor organismeunicelulare (cianobacterii); o scoar terestr aparent mai stabil i mai rece. ns viaadepinde i de spaiul cosmic exterior planetei, n special energia solar care este preluati transformat n energii biologice i n materie vie sau contribuie la meninereacondiiilor de mediu(nivelul oxigenului, dioxidului de carbon).

    Din studiul organismelor fosile care au trit n trecutul Pmntului s-au pututreconstitui condiiile de mediu n care a evoluat viaa. Din aceste studii se poate spune cucertitudine c actualele condiii de via s-au nscut n c de la sfritul Proterozoicului,adic n urm cu 600-700 mil. ani, ns cu variaii scurte (epoci) sau lungi (ere) de timp.Aceasta explic evoluia vieii cnd anumite tipuri de organisme au fost dominante o

    lung perioad de timp, dup care fie au disprut brusc, fie au trecut pe o nou treapt deevoluie, din necesitatea adaptrii la condiiile de mediu.Din multitudinea de specii vegetale (peste 500.000) i animale (peste 1 mil.)

    rezult varietatea condiiilor de mediu n care evolueaz viaa. Varietatea vieii nevoluia Pmntului reflect dinamica intern a acestuia, prin modificarea poziieicontinentelor sau apariia de noi arii continentale i dispariia altora. Modificri alecondiiilor de via sunt date i de spaiul cosmic, fie legate de evoluia Soarelui, fie destructura galaxiei noastre. n cei aproape 700 mil. ani de cnd organismele au devenit maicomplexe, sistemul solar a executat dou rotaii complete circumgalactice (un ciclucircumgalactic are 250 mil. ani), cea de-a treia urmnd s se ncheie n cteva zeci demilioane de ani. n acest drum lung, structura galaxiei este variat, astfel nct Pmntul

    traverseaz spaii cu densitate material mai mare (aglomerri meteoritice, praf cosmic),cu cmpuri gravitaionale sau alte tipuri de energii mai intense sau mai slabe.ns cercetri recente dovedesc c viaa se dezvolt i n alte condiii dect cele

    obinuite, unele din acestea fiind similare celor de nceput, cum ar fi mediul acvaticfoarte acid sau cu o activitate hidrotermal intens (emisii de soluii calde bogatmineralizate i gaze de tipul CO2, SO2, CH4, etc.).

    Iat, numai cteva din argumentele care permit biosferei s existe n scoaraterestr pn la adncimi de zeci sau chiar sute de metri, n mediul marin de la suprafapn la adncimi de mii de metrii, iar n aer s ating altitudini de 5000-6000 metri.

    Organismele conin n cea mai mare parte ap (50-70% n vegetale, 90-95% nplantele acvatice i 70% la om), ceea ce subliniaz importana ei biologic. Fr aceastsubstan viaa e de neconceput.

    Omul a aprut pe scara evoluiei n urma cu cca. 4,5 mil. ani, ceea ce reprezint0,1% din vrsta Pmntului. Fr hran omul poate supravieui 30-40 zile n timp ce frap nu poate tri mai mult de 2-3 zile.

    Odat cu dezvoltarea societii umane i creterii populaiei Globului nevoile deconsum al apei au crescut substanial. Ca i n cazul vieii n prezent, existena civilizaieieste de neconceput fr ap. n aceste condiii omul a devenit contient c pentru a sigurasupravieuire civilizaiei se impune o valorificare raional a resurselor de ap. n acelai

    18

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    19/88

    timp protecia resurselor de ap, n condiiile creterii emisiilor i deversrilor desubstane poluante, devine tot mai acut i nu numai la nivel local sau regional, ci la nivelmondial. i aceasta nu numai n ceea ce privete resursele de ap dulce ci a ntregiihidrosfere. Dac oceanul planetar constituie proporia covritoare n economia acesteigeosfere, el reprezint i colectorul tuturor substanelor poluante care ntr-un fel sau altul

    ajung n el.Un dezechilibru al acestui subsistem ar reprezenta o pierdere imens pentruomenire, ntruct pe lng faptul c ar reprezenta o surs de ap prin desalinizare,constituie o resurs divers i complex de hran. Nu trebuie uitat de asemenea c, dacoceanul ajunge ntr-o situaie critic privind coninutul n poluani, nseamn undezechilibru global, acetia fiind retrimii pe uscat prin circuitul natural al apei.

    Un alt aspect ce trebuie avut n vedere este protecia mediului, n general fa defora distructiv a apei, sub toate formele de existen a ei. Dac geosferele externe prinfora lor contribuie de milioane de ani la modelarea i eroziunea scoarei terestre i deci ladiversificarea configuraiei ei, fiind un proces natural, omul trebuie s-i ia msuri desiguran pentru limitarea efectelor asupra societii n general.

    19

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    20/88

    CAPITOLUL 2VALORIFICAREA RESURSELOR DE AP

    2.1. Necesarul de consum. Calitatea apelor.

    Din datele anterioare ar rezulta c la nivel global ar fi suficient ap pentru asigura necesarul de consum al populaiei actuale i n perspectiv. ns, lucrurile suntmult mai complicate, numai dac se iau n considerare cteva aspecte. O dificultatemajor n alimentarea cu ap este dat de distribuia inegal a resurselor, ceea cepresupune distane de transport mari ce implic mrirea costurilor. n alte regiuni aleGlobului dei sunt resurse de ap suficiente, captrile de ap devin inoportune sau celpuin nu reprezint o prioritate din cauza condiiilor climatice. n aceast categorie suntcuprinse captrile n special pentru irigaii, ntruct nivelul precipitaiilor este suficient demare pentru producia vegetal.

    Consumul zilnic pentru meninerea vieii unui om este de cca. 25 l/zi, ceea censeamn 0,9 m3/an. ns acestuia trebuie adugat nevoile de ap pentru igiena personal

    (50-60 l/zi), activiti menajere gospodreti (20-30 l/zi), ceea ce ridic necesarul deconsum s ajung la cca. 100 l/zi.Dar, mare parte din apa de consum menajer gospodresc i igien personal este

    restituit circuitului natural. Problema este ns c aceast ap s ajung n emisari lastandarde de calitate corespunztoare.

    Pentru consumul strict metabolic al omului, la o populaie a Globului de cca. 6miliarde, rezult un necesar de cca. 5,5 km3/an, i dac se iau n considerare i celelaltenecesiti, rezult un volum de cca. 220 km3/an.

    Folosind aceleai proporii ale consumului de ap pentru Romnia, rezult unnecesar metabolic de 0,020 km3/an, iar pentru toate necesitile 0,800 km3/an. Pe lngaceste consumuri strict individuale ale omului un consum mare o are producia vegetal,

    animal i industria n general.Pentru anul 2000 estimrile privind consumul de ap i restricia la nivel globaln emisari sunt oglindite n tabelul 2.1.

    Folosin Anul 2000Necesar (km3/an) Restituii (km3/an)

    Necesiti urban 1000 800Zootehnic 4250 400Industrie 3000 2400Energie 4500 4230

    De aici rezult consumul cel mai mare pentru irigarea culturilor i n acelai

    timp cu restituiile cele mai mici. n celelalte cazuri gradul de restituie depete 80%din necesar.2.2. Apa ca factor de dezvoltare a societii umane.Desigur, viaa uman nu poate fi conceput n afara condiiilor de mediu

    naturale ale Pmntului. n decursul istoriei, natura a influenat decisiv, evoluia societiiomeneti, aceasta a acionnd pe dou ci. O prim cale a constituit-o asigurarea hranei,care depinde de resursele solului i de ap, calitatea aerului, producia vegetal ianimal. Acestea au constituit, constituie i va constitui elementele de baz n

    20

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    21/88

    supravieuirea i conservarea speciei umane. O a doua cale a dezvoltrii umane oreprezint mijloacele de asigurare a necesarului de minerale, combustibili etc. care aucrescut ca importan, treptat pe msura adncirii cunoaterii umane. Astzi fr acesteresurse civilizaia uman este de neconceput, iar lipsa lor poate conduce la un colapsglobal. Aceasta nu nseamn i dispariia speciei, ea supravieuind att timp ct exist

    elementele eseniale vieii, cele din prima cale a existenei.Odat cu nevoia de resurse ct mai mare, intervenia omului asupra naturii adevenit semnificativ, dar trebuie s fie ct mai contient pentru a pstra echilibrulsistemului. Interferena dintre om i habitatul su definete ecosistemul uman, carecalitativ este deosebit fa de altele. Omul, ca i oricare alte fiine, face parte din biosfer,ns el nu alctuiete un biotop sau o biocenoz specific ecosistemelor, acesta grupndmai multe specii.

    De aceea ecosistemul uman trebuie legat de mediul n care omul i desfoaractivitile: familie, comun, regiune, organizaii statale, continental sau planetar.

    Omul prin aciunile sale a cucerit aproape ntreg spaiul planetar, grbindprocesele de transformare a materiei, el devenind cel mai mare consumator al planetei.

    Mai mult omul nu mai este dependent de lanurile trofice ale habitatului. Prin dezvoltareatehnologiilor de prelucrare, aproape c orice distan nu este destul de mare astfel nctomul poate tri n alte regiuni dect cele n care se asigur mijloacele de subzisten.Exemplul tipic este ecosistemul urban unde numai se prelucreaz resursele subsoluluicum ar fi cele alimentare i minerale. ns nu numai spaiul a fost nvins, ci se poate vorbide o depire a timpului. Intervenia omului asupra naturii ntr-un ritm din ce n ce maiaccelerat, ce depete posibilitile de reechilibrare natural. Impactul activitii umanedevine din ce n ce mai evident prin dezechilibrele care apar n toate cele trei geosfere alePmntului de care depinde viaa.

    Omul pentru a pstra echilibrul sistemului Pmnt, trebuie s observe i sneleag mult mai profund mecanismele naturii. Dac omul este productor de o mare

    cantitate de deeuri, unele nedegradabile natural sau greu degradabile, n natur nu existun asemenea termen. Asta pentru c n natur ceea ce este denumit deeu, dejecie,reziduu al unei specii, biotop, devine util altui proces. Numai un exemplu dm pentruacest caz: excrementele psrilor prin transformri chimice naturale devine o acumularesemnificativ economic de fosfai foarte utili n industria chimic i agricultur.

    2.3. Forme acumulative ale apeiApele n stare lichid sub efectul gravitaiei se acumuleaz n regiunile

    depresionare ale suprafeei Pmntului sau n rocile poros permeabile ale scoareiterestre. Din acest punct de vedere, aa cum s-a artat, apele de suprafa sunt cuprinse noceanul planetar, cea mai voluminoas form acumulativ a hidrosferei, n lacuri, ruri ifluvii.

    Apele de infiltrate i acumulate n scoara terestr devin ape subterane, care potfi clasificate n ape dulci, ape minerale i ape geotermale. Acestea devin resurse nmsura n care se asigur cerinele de debit i salinitate a apelor, iar exploatarea se face laun pre de cost convenabil.

    Oceanul planetar ocup o suprafa de 361,3 mil. km2 fa de 149 mil. km2 aiuscatului. Acesta este repartizat n patru bazine, din care cel mai ntins este OceanulPacific (178,7 mil. km2), dup care urmeaz oceanul Atlantic (91,7 mil. km2), OceanulIndian (76,2 mil. km2) i Oceanul Arctic (14,7 mil. km2). Din examinarea repartiiei

    21

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    22/88

    uscatului se observ o concentrare a masei continentale n emisfera nordic unde ocup osuprafa de 100,5 mil. km2, n timp ce luciul de ap ocup 154,5 mil. km 2. n emisferasudic domin suprafaa ocupat de ape cu 206,5 mil. km2, iar uscatul se ntinde numai pe48,5 mil. km2.

    Oceanul planetar a constituit nc de la nceputurile civilizaiei umane o resurs

    important, mai nti pentru hran i apoi ca mijloc de comunicaie ntre diferite regiuniale uscatului. Ca surs de hran valoarea acestuia este incontestabil, apreciindu-se codat cu adncirea cunoaterii va constitui unul din rezervoarele de viitor ale omenirii.

    Cunoaterea oceanului planetar a nceput nc de la nceputul secolului al XX-lea cu o intensificare a lucrrilor dup anii 1950. cunoaterea fundurilor oceanelor apermis nelegerea evoluiei configuraiei scoarei terestre i explic dinamica vieii dinacest mediu. Oceanele globului s-au dovedit a fi mult mai tinere n raport cu pri aledomeniului continental. Astfel s-a constatat c fundurile oceanelor nu depesc ca vrst200 mil. ani. Mai mult, s-a constatat c aceast vrst crete de la actual spre marginileoceanice, acestea fiind cele mai vechi. Aceasta pentru c aproximativ n mijloculoceanelor crusta terestr, care aici este format din ptura bazaltic, este continuu

    generat prin aport continuu de mase fierbini ce acced din mantaua superioar.Presiunile create prin acest mecanism mping crusta terestr lateral, determinnd derivacontinentelor. La oceanele cu deschidere mare cum este Pacificul, crusta terestr se rupela contactul cu masele continentale i coboar sub acestea, unde este retopit. Prinurmare, pe msur ce se creeaz crust n lungul dorsalelor oceanice (structuri muntoaseaproximativ axiale oceanelor), cea veche din marginile continentale este consumat fiindreluat n circuitul mantalei superioare (procesul de subducie).

    Viteza de expansiune a fundului oceanului planetar variaz de la 2-3 cm/an nOceanul Atlantic, la 15-16 cm/an n Pacificul de Sud. Pe de alt parte acolo unde crustaoceanic nu este rupt cum este cazul Oceanului Atlantic, procesul de expansiunedetermin mpingerea continentelor i micarea (deriva) lor. Schimbarea continu a

    poziiei continentelor n raport cu oceanele lumii a introdus modificri ale mediului devia a ecosistemelor, ceea ce explic dispariia unor specii pe scara evoluiei precum iapariia altora noi.

    Pe lng faptul c reprezint cea mai voluminoas form de acumulare a apei,oceanul planetar reprezint mediul de via a numeroase organisme animale i vegetale, acror existen se situeaz ntr-un echilibru aproape perfect. Orice dezechilibru ivit ntr-un ecosistem declaneaz o serie de alte dezechilibre care produc modificri pe scaraevoluiei.

    Odat cu dezvoltarea civilizaiei umane, oceanul planetar este exploatat pentruresurse de hran, ceea ce a determinat apariia unor dezechilibre. Deja unele specii suntpescuite ntr-un volum care le pune existena n pericol. Fiind una din cile de transportcele mai ieftine, se face din ce n ce mai resimit influena nociv a deversrilor deproduse petroliere provenite fie din splarea navelor fie din deversri accidentale alepetrolierelor. Dei s-au luat unele msuri pentru limitarea accidentelor navelor petroliere(nave cu perei dublii) nc pericolul se menine.

    Pe de alt parte oceanul acumuleaz aproape toate emisiile nocive rezultate dinactivitatea industrial, viaa urban, acestea fiind deversate uneori direct fr epurareaprealabil. De aceea, acestui rezervor imens trebuie pstrat echilibrul, cel puin din

    22

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    23/88

    perspectiva utilizrii marilor resurse de hran i nu numai. Dar, un ocean poluat afecteazi masele continentale prin rentoarcerea apei oceanice prin circuitul natural al apei.

    Pe lng cele dou folosine, s le spunem tradiionale, oceanul planetar ofernoi resurse energetice, att prin acumulrile de combustibili fosili, ct i prin foravalurilor i a fenomenului de maree.

    De asemenea, prin diferenele de temperatur dintre apele de la suprafaaoceanului i cele de la adncime, pot oferii resursele de funcionare ale mainilor termice,altele dect cele care utilizeaz combustibili fosili.

    Prin multitudinile srurilor dizolvate n apa mrii, aceasta poate devenii resurspentru o gam larg de elemente chimice. De altfel, printr-un proces fizico-chimic ncnecunoscut fundul oceanului, la adncimi de cca. 4000 m se gsesc cantiti enorme deNi, Cr, Cu, etc.

    Dei conine cea mai mare parte din volumul hidrosferei, oceanul este utilizatfoarte puin ca resurs de ap dulce, ntruct tehnologia de obinere a acesteia este foartescump. Asemenea tehnologii au fost utilizate n regiunile fr resurse de ap dulce cumsunt n Arabia Saudit, Africa de Sud.

    Reeaua hidrografic reprezint ansamblul arterelor privite sub aspectulmorfologic prin care se produce scurgerea lichid organizat, ncepnd cu rigola iogaul, cele mai mici elemente morfologice ale scurgerii i ncheind cu vile, elementemorfologice de ordin superior al scurgerii.

    Suprafaa terestr pe care are loc organizarea arterelor de diferite ordine demrime constituie bazinul hidrografic al unui sistem hidrografic sau fluviatil.

    n structura unei artere hidrografice se disting bazinul de recepie i valea saucanalul de colectare i de drenaj a apelor. Bazinul de recepie constituie teritoriul situat lacota cea mai nalt a bazinului hidrografic, unde are loc formarea i organizarea scurgeriilichide din surse de suprafa (precipitaii, gheari) i din surse subterane. n bazinul derecepie, datorit procesele de eroziune din care rezult canalul de scurgere de tipul

    rigolelor, ogaelor, ravenelor care se organizeaz ntr-un sistem torenial.Sistemele toreniale formeaz spre aval valea principal de scurgere a debituluilichid i solid. n profil transversal forma vilor au forma literei V, cnd dominprocesele de eroziune de fund, sau de U cnd sunt dominante procesele de eroziunelateral. Forma de U a vilor se formeaz prin eroziunea ghearilor din bazinul superioral unei artere hidrografice.

    Profilul longitudinal al vii se desfoar difereniat funcie de pant ntre izvori locul de vrsare. Astfel, n lungul unei vi se disting cursul superior, median i inferior.

    Cursul superior este localizat de regul n regiunea montan (excepia cursurilorde ap formate n zona de cmpie), unde panta are valorile cele mai mari, iar valea estedirect ncastrat direct n substratul geologic, fr terase i zon de lunc. n acest tronsonal vii viteza de curgere a apei este, de asemenea, mare, ceea cer face s domineprocesele de eroziune i transport.

    Debitul solid este format din elemente de roci de dimensiuni mari, mai mult saumai puin rulate (bolovniuri), de unde forma coluroas sau uor rotunjit.

    Cursul median se constituie n profilul vii cu pant medie i este localizat, deobidei, n regiunea de dealuri sau podiuri. Debitul crete substanial prin aportulafluenilor, unde se dezvolt att procese de eroziune ct i cele de transport i acumulare.

    23

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    24/88

    Valea i mrete seciunea transversal, apar trasele i se constituie albia major iminor.

    Debitul solid este format din elemente de dimensiuni mai redusei cu un grad derotunjire mai mare (pietriuri) datorit creterii distanei de transport. Funcia de forahidraulic a apei apar procese de sedimentare i constituirea formelor acumulative de

    tipul teraselor.Cursul inferior constituie partea terminal a profilului longitudinal unde pantase reduce foarte mult i fora hidraulic a apei, de asemenea. n aceste condiii era loctransportul fraciunilor fine, cel mult de dimensiunea nisipului. Reducerea forei detransport determin dominarea proceselor de sedimentare. Valea se lrgete mult, rulmeandreaz puternic iar albia este puin ncastrat n substratul geologic. Cursul ruluicapt aspect ramificat i poate forma lateral lacuri rezultate din nchiderea unor bucleabandonate. Debitul arterei crete mult n anumite condiii ale structurii geologice ihidrogeologice (relaiile cu apele subterane). La vrsare poate forma delte n cazulreceptorilor marini sau lacustri lipsite de maree i cu adncime mic (elf continental). ncazul bazinelor marine cu fenomenul de maree, la gura de vrsare a sistemelor

    hidrografice mari se formeaz estuarele.Delimitarea i ierarhizarea bazinelor hidrograficeBazinele hidrografice sunt delimitate prin cumpna apelor, care reprezint o

    linie ce unete punctele de altitudine maxim din marginea bazinului. Delimitarea se facepe hri topografice, linia de cumpn intersectnd perpendicular curbele de nivel.

    Prin urmare, delimitarea dintre dou sau mai multe bazine hidrografice se faceprin linia de cumpn, fa de care scurg divergent ctre colectorul principal al bazinuluirespectiv.

    Ierarhizarea arterelor hidrografice se face de la vrsare ctre amonte. Arterahidrografic ce se vars n emisar (o alt arter hidrografic, lac, mare sau ocean) estedenumit de ordinul I, urmtoarele spre amonte sunt de ordinul II, urmtoarele confluene

    spre amonte ale acestora din urm sunt de ordinul III i aa mai departe. n literaturaromn pentru a diferenia arterele hidrografice se folosesc termenii de pria, pru iru, care difereniaz organismele hidrografice funcie de mrimea suprafeei bazinului,debitului, lungimea i limea vii etc. cel mai mic organism hidrografic este priaul,iar cel mai mare este rul. n literatura romn se mai folosete i termenul de fluviu, careexprim, de regul, arterele care transport debite foarte mari cu dimensiuni ale albieimari, care se vars sau nu ntr-un ocean sau mare. Termenul nu este generalizat la nivelinternaional.

    Geneza sistemele hidrograficeFormarea unei artere hidrografice depinde de o serie de factori ce por fi grupai

    n factori externi i interni.Factorilor externi aparin precipitaiile, radiaia solar, morfologia terenului,

    nveliul vegetal.Precipitaiile au rol hotrtor n formarea i evoluia unui sistem hidrografic.

    Volumul i repartiia n timp i spaiu a acestora determin configuraia artereihidrografice, mecanismul i structura scurgerii debitelor.

    Radiaia solar determin nivelul evapotraspiraiei, care n bilanul global alapei, permite sau nu formarea unei scurgeri de suprafa. Un nivel ridicat al radiaieisolare nseamn procese de evaporare mai intense. n cazul n care evapotranspiraia este

    24

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    25/88

    mai mare dect aportul de precipitaii atunci nu se poate forma un sistem hidrograficsemnificativ. Prin urmare pentru formarea unei scurgeri de suprafa este necesar unbilan pozitiv prin care nivelul precipitaiilor depete nivelul evapotranspiraiei.

    Morfologia reliefului are o pondere mare n geneza unui sistem hidrograficncepnd cu instalarea bazinului de recepie i structura bazinului hidrografic n general.

    Difereniaz structura bazinului hidrografic n ceea ce privete pante de scurgere iorganizarea arterelor hidrografice de diferite ordine de mrime. Condiioneaz mrimeaforei gravitaionale, parametru esenial n dimensiunea forei hidraulice a albiilor.

    nveliul vegetal determin nivelul intercepiei precipitaiilor i joac un rolimportant n regularizarea scurgerilor ctre albii sau alte forme de acumulare.

    Factorii interni aparin structurii scoarei terestre i sunt dai de structurageologic i tectonic.

    Evoluia geologic a unui teritoriu determin configuraia reliefului la nivelulunei regiuni, continent, iar la nivel global distribuia maselor continentale i oceanice. Lanivelul unui sistem hidrografic n factorul geologic sunt cuprinse: structura mineralogici repartiia litonilor n suprafa i adncime, gradul de permeabilitate a rocilor, structura

    tectonic i zonele de minim rezisten a rocilor i a scoarei terestre, n general.Structura mineralogic determin natura litonilor care compun spaiul bazinuluilitografic este n legtur mai ales cu gradul de permeabilitate. Mineralele argiloaseformeaz litoni impermeabili sau cu permeabilitate sczut cum sunt argilele i marnele.Litoni impermeabili formeaz i alte tipuri de roci, care au porozitate de 1-2% i suntlipsite de un sistem de fisuri, cum sunt corpurile de roci magmatice, roci metamorfice degrad nalt i roci sedimentare de tipul calcarelor silicolitelor.

    Litonii permeabili sunt cei cu porozitate intergranular sau/i de fisuraie. ncategoria litonilor permeabili cu porozitate intergranular sunt cei compui din roci detipul breciilor, conglomeratelor, gresiilor i nisipurilor consolidate, compactizate.Permeabilitate mare au litonii compui din roci neconsolidate cum sunt: bolovniuri,

    pietriuri, nisipurile. Gradul de permeabilitate crete n cazul rocilor solubile cum suntrocile carbonatice sau rocile clastice cu ciment calcaros, prin dezvoltarea golurilor prindizolvare (procese carstice).

    Cutarea depozitelor permeabile i impermeabile n urma compresiunii tectonicecreeaz premisele crerii unor hidrostructuri subterane care se manifest prin izvoare, i pot constitui una din sursele de alimentare ale unei artere hidrografice. Asemeneahidrostructuri aflate ntr-o conjunctur morfologic favorabil cum ar fi microdepresiuni,iar cuveta s fie la altitudini mai nalte, creeaz condiiile formrii bazinului de recepie.

    Deschiderea vii spre aval ar trebui s urmreasc linia de cea mai mare pant,cu energie gravitaional ridicat. Dezvoltarea vii este favorizat de zonele de minimrezisten ale scoarei terestre. Astfel de zone sunt date de faliile tectonice, care formeazo zon de minim rezisten prin dezvoltarea de o parte i de alta a acestora. Structurazonelor de minim rezisten n lungul fracturilor tectonice este dat de un sistemcomplicat de fisuri, care slbesc rezistena iniial a rocilor. Pe de alt parte suntfavorizate procesele de degradare i alterare a rocilor care accelereaz minimizarearezistenei acestora.

    n Romnia asemenea situaii sunt destul de frecvente, ndeosebi n CarpaiiOrientali, unde unele vi sunt marcate de mari fracturi oblice sau transversale catenei,cum sunt: Bistria, Trotu, Ialomia, Dmbovia.

    25

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    26/88

    Odat instalat pe un anumit traseu aceasta evolueaz prin procese de eroziunefluviatil, care sunt difereniate funcie de natura rocilor traversate. Substratul geologicjoac un rol important i n tipul scurgerii lichide. Un bazin hidrografic instalat ntr-oregiune format din roci predominant impermeabile determin descrcarea unor debite ntimp relativ scurt i apariia frecvent a undelor de viitur.

    n cazul unui bazin hidrografic n care domin rocile permeabile are loc oregularizare n timp a debitelor datorit acumulrii subterane i descrcrii prin linii dedrenaj, timpul de tranzit prin mediul geologic fiind mult mai mare fa de scurgerea desuprafa.

    n condiiile n care o vale traverseaz formaiuni geologice foarte permeabile,cum ar fi rocile carbonatice, i poate pierde cursul de ap la zi, acesta infiltrndu-se ntotalitate n subteran, datorit apariiei unor zone nesaturate sub nivelul albiei. Este cazulvilor carstice caracterizate prin cursuri de ap temporare la zi. n alte cazuri pierderea seface punctual i este denumit ponor, dup care rul are un traseu subteran prin sistemul defisuri i goluri endocarstice, i reapare la zi uneori sub presiune, denumit izbuc.Exemplele sunt numeroase n Munii Apuseni de Nord (Vldeasa, Bihor).

    Curgerea apei n albiiForma acumulativ a apei unei artere hidrografice este albia, care ocup poziiade altitudine minim a unei vi. n profilul transversal al unor artere hidrografice existuneori numai albia minor, care se definete ca seciunea udat permanent de ap aproapen tot cursul anului.

    La vile evoluate spre maturitate se separ i albia major, al crei punct decurgere este mai sus cu civa centimetri sau zeci de centimetri. Aceasta este udat de apnumai la debite mai mari ale rului dect are capacitate de transport albia minor. Albiamajor se poate dezvolta de o parte i de alta sau doar pe o parte a albiei minore.

    Fig. Profil vale cu mai multe stadii de evoluie

    n cazul n care albia a suferit mai multe etape de ntinerire a profiluluilongitudinal de curgere, n seciunea sa se disting mai multe nivele de terase.

    DebitulDebitul (Q) a unei artere hidrografice este cantitatea de ap care strbate

    seciunea de curgere n unitatea de timp. Sau viteza de curgere a apei prin seciunea dat

    a rului, adic:Q=VCSn care:VC viteza de curgere (m/s)S seciunea de curgere (m2)Debitul se msoar n m3/s sau l/s.Viteza de curgere este dat de formula lui Chzy, adic:

    Vc=C

    26

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    27/88

    n care:C coeficient de debit,R raza hidraulic,J gradientul hidraulic de curgere.Dup Bazin:

    unde coeficient intabulat funcie de raza hidraulic natura pereilor albiei.Gradientul hidraulic j este variaia cotei apei pe unitatea de lungime.adic:

    Fig. 2 Gradientul hidraulic

    Regimul de curgereCurgerea apei n albie are loc n regim laminar i turbulent. Regimul laminar are

    loc cnd liniile de curent sunt paralele, iar valoarea frecrilor este neglijabil. n curgereaturbulent liniile de curs au un traseu haotic. Pentru regimul de curgere laminar, viteza decurgere este mic i iar suprafaa apei este relativ plan.

    n regimul turbulent se apreciaz c viteza de curgere variaz de la 0,017 cm/s.pentru descrierea regimului de curgere se folosete nite parametri adimensionali, cum arfi numrul lui Reynolds Re, care este exprimat de formula:

    unde:V viteza de curgere,L lungimea caracteristic sau raza hidraulic, vscozitate cinematic,densitatea apei (102 kgf s2 m4).Pentru valori de Re2320 micarea

    apei este turbulent.

    N.A

    H2

    L2

    L1

    L

    H

    H1

    27

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    28/88

    Msurarea debitelorPentru evaluarea potenialului unei artere hidrografice trebuie cunoscut

    valoarea debitului de ap pe care l transport zilnic, lunar, anual, etc.Monitorizarea principalelor artere hidrografice se face n seciuni special

    amenajate (staii hidrologice) unde se msoar debitul transportat la intervale de timpstabilite funcie de variaia regimului hidrologic. Metoda de determinare a debitului seaplic funcie de volumul de ap transportat. Pentru arterele mici, (pru, pria) maimulte metode: volumetric, chimic, deversorilor hidrometrici.

    Pentru debite mari se utilizeaz metoda seciune vitez, ntr-un profiltransversal albiei unde regimul de curgere este mai linitit. Tehnic aceast metod constn determinarea seciunii de curgere i a vitezei n verticale relativ echidistante. Valoareavitezei se obine cu morica hidrometric, dup care se calculeaz valoarea medie averticalelor respective.

    n aceleai condiii ale albiei se poate utiliza i metoda limnimetric prin care seface o corelaie ntre debit i nlimea nivelului apei [Q=f(H)].

    Prin msurarea debitului zilnic sau la anumite intervale de timp pe parcursulunui an sau pe mai muli ani, se pot determina debitele lunare, anuale i multianuale.Pentru fiecare din acestea se obine valoare medie, valorile minime i maxime.

    Pentru determinarea unei unde de viitur la debite excepionale, intervalul demsur este de ordinul orelor pentru a sesiza mrimea debitului i nivelului apei n ru.

    Hidrograful debitelorHidrograful debitelor creeaz imaginea variaiei debitelor pe parcursul unui

    interval de timp. n mod obinuit se utilizeaz hidrograful debitelor medii lunare (Fig. 3)i multianuale (Fig. 4). De asemenea, se poate construi hidrograful debitului unei viituri.

    Fig. 3 Hidrograful debitelor medii lunare

    28

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    29/88

    Fig. 4 Hidrograful debitelor medii multianuale

    Hidrograful debitului mediu lunar sesizeaz maximul scurgerii hidrologice camla condiiile rii i se situeaz n lunile aprilie iunie. Acesta corespunde nivelului celmai ridicat al precipitaiilor i topirii zpezilor din regiunea montan.

    Prin unirea minimelor de iarn cu cele de var se separ volumul de ap

    provenit din surse subterane i din surse pluvio nivale (fig. 3).Hidrograful debitelor medii multianuale pe un interval mai mare de 10 anisesizeaz anii cu debite minime i maxime, ce se coreleaz cu variaia multianual a precipitaiilor i se manifest la intervale de cca. 11 ani, cnd activitatea solar estemaxim.

    n anii cu precipitaii abundente msurtorile trebuiesc efectuate la intervale deordinul orelor, zilelor pentru a sesiza perioadele cu viituri, ce au impact deosebit asupraalbiei i zonelor limitrofe.

    Alte reprezentri graficePentru a exprima mecanismul de variaie a debitelor se ntocmesc grafice ale

    frecvenei i duratei debitelor pe un anumit interval de timp (anual, multianual).

    Deosebit de util este elaborarea curbei de asigurare empirice (n scarlogaritmic), care reprezint probabilitatea de apariie a unei anumite valori ntr-uninterval de timp. Pentru a construi aceast curb se ia un ir de valori (cel puin 30 ani) seordoneaz descresctor i se calculeaz probabilitatea de apariie a unei anumite valori:

    P=

    unde: m este valoarea debitului din irul de valorin este numrul de valori ale debitului

    Qmax(1%)

    Qmin(90%)

    29

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    30/88

    0.1 1 10 100 t (ani)

    Fig. Curba de asigurare

    Abscisa graficului se reprezint n scar logaritmic, iar ordonata n scarliniar. Debitul maxim de asigurarea de 1% este posibil de atins ntr-un interval de 100

    ani, iar debitul minim cu asigurarea de 90 % poate fi atins n intervalul de 10 ani.Valoarea timpului este inversul probabilitii:- pentru valori de depire a valorilor

    - pentru valori de nedepire a valorilor

    Cap. Hidrostructuri subteranePrintre formele acumulative ale apei sunt i hidrostructurile subterane, care

    reprezint structuri complexe de acumulare i circulaie a apelor subterane.De domeniul apelor subterane se ocup Hidrogeologia care este o ramur a

    tiinelor Pmntului. Hidrogeologia are ca obiect de studiu geneza, roca magazin istarea de zcmnt, dispoziia spaial, proprietile fizico-chimice i curgerea apelorsubterane.

    Originea apei n roco este de mai multe tipuri:- ape juvenile care provin din activitatea magmatic a litosferei, princondensarea vaporilor rezultai n urma procesului de degazeificare. Sunt apeminerale cu coninut de CO2 i H2S,

    - ape vadoase sau de infiltraie rezultate n urma infiltrrii n scoara terestra precipitaiilor sau a apelor de suprafa (ruri, lacuri, gheari),- ape de zcmntcare provin din mediul marin n care s-au format rocilesedimentare. Sunt ape puternic mineralizate, clorosodice, bicarbonatate,iodurate, bromurate, etc. Sunt ape marine fosile care formeaz strate acvifereadnci, cu vitez de deplasare mic. De obicei nsoesc zcmintele de petrol igaze.

    Parametri hidrogeologici ai rocilor magazinAcumularea i circulaia apelor subterane are loc n medii caracterizate prin

    porozitate i permeabilitate.

    Scoara terestr este compus din roci consolidate i roci neconsolidate. Rocileconsolidate sunt caracterizate prin compactitate, masivitate, rezisten la rupere mare.Sunt roci formate n timp geologic, n condiii magmatice, sedimentare i metamorfice.

    Rocile neconsolidate sunt lipsite de un liant care s lege mineralele i particulelecomponente. n general sunt roci formate n timpuri recente, marea majoritate sunt deorigine sedimentar. Acestea provin din alterarea i dezagregarea rocilor consolidate caurmare a aciunii factorilor exogeni. Produsele de alterare i dezagregare sunt transportatei sedimentate n condiii fluviatile, lacustre i marine.

    30

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    31/88

    Porozitatea (n) reprezint raportul dintre volumul total al porilor, fisurilor,golurilor (Vg) i volumul total al rocii (Vt).

    Pentru circulaia apelor subterane important este porozitatea afectiv (ne), carereprezint raportul dintre volumul porilor (Ve) care comunic ntre ei (formnd adevratevase comunicante) i volumul total al rocii (Vt), adic:

    Structural porozitatea este dat de pori, care sunt golurile dintre particulele

    componente ale rocii. Prin urmare, este o porozitate intergranular. Porozitatea maximeste atins ntr-un mediu format din granule perfect sferice.

    Granul

    Por

    a b

    Porozitatea dat de pori sau intergranular este specific rocilor consolidate detipul breciilor, conglomeratelor, gresiilor i rocilor neconsolidate de tipul bolovniurilor,pietriurilor i nisipurilor. n aceste cazuri porozitatea are valori semnificative pentru aacumula un volum important de ap.

    Rocile magmatice (granite, diorite) sau rocile sedimentare nefisurate (calcare,dolomite) au porozitate foarte mic, de 1-2% i se comport practic impermeabil lacirculaia unui volum semnificativ de ap.

    Permeabilitatea.Un alt parametru fizic, care condiioneaz acumularea icirculaia apelor subterane, este permeabilitatea. Structura i distribuia spaial apermeabilitii depinde de structura i textura rocilor.

    Permeabilitatea definete caracterul permisiv al rocilor la circulaia apelor

    subterane, fiind dependent de forele de rezisten (frecare) i de vscozitatea apei.Forele de rezisten la micarea apei subterane printr-un mediu geologic depindde viteza de micare, dimensiunile mediului poros i numrule lui Reynolds:

    unde:

    31

    Fig. Aranjament romboedric (a); aranjament cubic (b)

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    32/88

    - vscozitatea cinematic =

    - vscozitatea dinamicv- viteza de curgerel2 = kp permeabilitateaFunciaf(Re) are expresia:

    n care:pentru n1 micarea apei este laminaripentru n2 micarea apei este turburentiar numrul lui Reynolds devine:

    Pentru micarea laminar a apei, numrul Reynolds are valori de 50-60 iarpentru micarea turbulent valori de 420. din expresiile de mai sus permeabilitatea aresemnificaia unei suprafee permisive circulaiei apei (k=l2), unitatea de msur fiinddarcy=10-8cm2.

    Nu exist o corelaie direct proporional cu porozitatea total a rocii magazin.De exemplu argilele au poroziti totale de cca. 50%, ns ele au permeabiliti de cca. 1-2.10-5darcy, i se comport practic impermeabile.

    ns permeabilitatea este direct proporional cu porozitatea eficace, termenasupra cruia se va reveni.

    Parametri hidrologici i hidraulici ai rocilor magazinParametri hidrologici caracterizeaz i modeleaz curgerea fluidelor sub efectul

    forei gravitaionale i presiunii.Din aceast categorie fac parte: porozitatea eficace, coeficientul denmagazinare, gradientul hidraulic, viteza de curgere, transmisivitatea, conductivitateahidraulic, coeficientul de difuzivitate hidraulic.

    Porozitatea eficace sau efectiv(ne) reprezint raportul dintre volumul golurilorcare comunic ntre ei (Ve) i volumul total al rocii (Vt), adic:

    Valoarea porozitii efective este mult mai mic dect porozitatea total. nmedie porozitatea efectiv are valori de cca. 10% din porozitatea total. Acest parametru

    a mai fost denumit i coeficient de cedare a apei sub efectul forei gravitaionale. Acestaeste specific stratelor acvifere cu nivel liber.Coeficientul de nmagazinare (S) reprezint un parametru care descrie

    capacitatea de cedare a apei sub efectul presiunii. Acesta este definit de expresia:S=a M n care:a greutatea specific a apei,M grosimea stratului acvifer,

    32

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    33/88

    coeficientul destinderii elastice a acviferuluiCoeficientuleste exprimat de relaia=n a+ rn porozitate total,a coeficientul de compresivitate elastic al apei,r coeficientul de compresivitate al rocii.

    Coeficientula are valori de 4,510-5

    cm2

    /kg, iarr variaz de la 0,310-5

    cm2

    /kg,pentru calcare la 210-3 cm2/kg pentru nisipuri.Coeficientul de nmagazinare descrie capacitatea de cedare a apei din stratele

    acvifere sub presiune.Gradientul hidraulic sau panta suprafeei de scurgere a acviferului este definit

    de raportul dintre diferena de nivel (H2-H1) i distana dintre (x2-x1=L) cele dou puncte demsur. Acesta se msoar pe linia de cea mai mare pant a curgerii sau perpendicular pecurbele hidroizohipse (curbe cu aceiai nlime fa de un orizont reper).

    Valoarea gradientului hidraulic pn la care are loc curgerea laminar a apeieste de 1-1,5% (criteriul Theis).

    Conductivitatea hidraulic (k) reprezint viteza de curgere a apei sub ungradient hidraulic unitar. Este un parametru complex care descrie permeabilitatea

    intrinsec a acviferului i proprietile fizice ale apei.Conductivitatea hidraulic este definit de legea lui Darcy:v=kiunde:v viteza de curgere (m/s, m/zi),i gradientul hidraulic.n literatura de specialitate a mai fost numit coeficientul lui Darcy, care, de

    altfel, la determinat pe cale experimental, coeficient de filtrare, coeficient depermeabilitate.

    Pentru a elimina confuziile este de preferat folosirea denumirii de conductivitatehidraulic. Raportul de dependen cu permeabilitatea kp al conductibilitii hidraulice

    este exprimat fizic de relaia:

    unde:kp permeabilitatea,a greutatea specific a apei,

    33

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    34/88

    vscozitatea dinamic a apei.Conductivitatea hidraulic are valori de 0,5-1 m/zi, n cazul nisipurilor pn la

    valori de 100-125 m/zi, n cazul pietriurilor i rocilor fisurate.Din punct de vedere al coeficientului de conductivitate hidraulic rocile pot fi

    clasificate n:

    - roci poros permeabile, a cror porozitate efectiv sau coeficient denmagazinare i conductivitate sunt mai mari ca zero (ne>0, S>0, k>0).- Roci impermeabile, care sunt lipsite de porozitate efectiv i conductivitate

    hidraulic este nul (ne=0, S=0, k=0).Transmisivitatea (T) este definit de produsul dintre conductivitatea hidraulic k

    i grosimea stratului acvifer. Acest parametru a fost introdus de Theis i din punct devedere fizic, constituie debitul acviferului la o lime i gradient hidraulic unitare.

    Prin urmare transmisivitatea este exprimat:- pentru strate acvifere cu nivel liberT=kH- pentru strate acvifere sub presiune T=kMunde:

    H grosimea stratului acvifer cu nivel liber,M grosimea stratului acvifer sub presiune ce este identic cu grosimeastratului geologic.

    Transmisivitatea descrie cantitativ potenialul acvifer al unor structuri de lavalori de la T=0,5 m2/zi pentru nisipuri argiloase la valori T>500 m2/zi pentru pietriuri iroci fisurate carstice.

    Coeficientul de difuzivitate hidraulic (a), reprezint raportul dintretransmisivitate i porozitatea efectiv sau coeficientul de nmagazinare:

    - pentru acviferele cu nivel liber

    - pentru acviferele sub presiune

    Acest parametru descrie ritmul de reechilibrare a presiunii n strat la omodificare natural sau forat a acestuia.

    Coeficientul a are valori de a=105 m2/zi pentru nisipuri medii, a=103 m2/zipentru silturi nisipoase i a=100-500 m2/zi pentru argile nisipoase. n cazul acviferelorsubpresiune coeficientul de difuzivitate hidraulic are valori a*=1000-3000 m2/zi pentru

    nisipuri grosiere i a*=20-100 m2

    /zi pentru nisipuri fine.

    Stratul acvifer elementarStratul acvifer reprezint un mediu poros permeabil saturat cu ap n care

    curgerea se produce sub efectul forei gravitaionale i distribuiei presiunilor.Umiditatea total a unei roci este dat de apa pelicular care nvelete o

    particul sub efectul unei fore superficiale (molecular, higroscopice, etc.) i de apgravitaional care iese de sub incidena acestor fore. n cazul unor pori sau fisuri

    34

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    35/88

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    36/88

    Geometria stratului acvifer cu nivel liber este de form tabular cu grosimeaH,aceasta fiind mai mic de ct grosimea Ma stratului poros permeabil. De asemenea,grosimea stratului acvifer este de aceeai cu nlimea piezo-metric, care reprezint cota suprafeei saturate fa de nivelul de referin. n cazul unuipat impermeabil orizontal sau cvasiorizontal acesta se ia ca nivel de referin.

    n cadrul unui strat poros permeabil care cantoneaz un acvifer freatic sedistruge zona saturat ntre suprafaa terestr i suprafaa piezometric.

    n cadrul zonei nesaturate sau de aeraie se disting:- subzona de evapotranspiraie, cu grosimi de 1-2 m, are umiditate variabil

    funcie de cantitatea de precipitaii,- subzona de retenie, cu grosimi variabile funcie de variaia pe vertical asuprafeei piezometrice,- subzona capilar situat imediat deasupra suprafeei piezometrice i apare ncazul n care exist un mediu de pori care constituie canale capilare. De obiceiacviferele libere se ntlnesc la partea superioar a crustei terestre cu adncimide 1-2 m pn la 20-30 m.

    Strate acvifere subpresiuneSunt delimitate n pat i acoperi de medii impermeabile sau semipermeabile,

    iar nivelul piezometric este ascensional. n acest caz grosimea stratului acvifer M este

    mult mai mic dect nlimea piezometric (M

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    37/88

    x

    zDelimitarea hidrostructurilor subteraneAcviferele se constituie dintr-o hidrostructura subteran cnd aceasta poate

    delimitat n plan vertical i orizontal, prin condiiile de contur i mediul de curgere(conductivitate hidraulic, transmisivitate, viteze i direcii de curgere, etc.).

    Condiiile de contur sau de margine sunt date de:- frontierele de alimentare,- liniile de drenaj,- limite impermeabile,- linia de curent din creasta unei cumpene hidrogeologice,- zona de modificare chimic a compoziiei apelor subterane.

    Frontierele de alimentare sunt date de cursul unei artere hidrografice care pierden subteran o parte din apa de suprafa. Dac pierderile sunt mai mari dect debitulrului, atunci valea seac n anumite perioade. (fig. ).

    Fig. Hidrostructur subpresiune delimitat n plan vertical

    37

  • 8/6/2019 Valorificarea Si Protectia Resurselor de Apa

    38/88

    n cazul n care stratele poros permeabile afloreaz larg la suprafaa,alimentarea se face prin infiltrarea pe vertical a precipitaiilor (fig..).

    Fig. Hidrostructur cu alimentare din precipitaii

    Liniile de drenaj se manifest prin puncte de izvorre (fig..) sau prinalimentarea unei artere hidrografice din subteran (fig).

    Limitele impermeabile se identific n patul i lateral hidrostructurii. n planorizontal o hidrostructur este definit de cmpul hidrodinamic a crui configuraie estedat de harta cu hidroiz