la Hidrologia si calitatea apei

la Hidrologia si calitatea apei

C₁

Hidrologia -este disciplina care se ocupa cu studiul proprietatilor generale ale apelor de la suprafata scoartei terestre, ale miscarii si distributiei apei pe pamant.

Subdomenii ale hidrologiei:

Potamologia - studiul apelor curgatoare

Limnologia - studiaza geneza,evolutia si proprietatile unitatilor lacustre

Glaciologia - studiaza raspandirea zapezilor permanente si a ghetarilor,geneza si miscarea lor,tiputile de ghetari

Oceanologie - studiul marilor si oceanelor

Hidrometria - organizarea posturilor si statiilor hidrometrice din reteaua de rauri,lacuri,mlastini ale unui bazin hidrografic cu metodele si masuratorile hidrometrice.

_ este o ramura a geologiei care se ocupa cu distributia si dinamica apei subterane in sol si in roci permeabile din crusta terestra.

Domenii de aplicare:- alimentari cu apa pentru diversi utilizatori

-amenajari piscicole

-amenajari hirdotehnice

-navigatie

Apa in natura:-apa de ploaie CO₂,N H₃ sau H₂o,SO₂

ape subterane -cea mai variata compozitie dintre toate apele naturale

ape din rauri - in general slab mineralizate,Ca₂₊,HCO₃,SO_43-Cl

apele marilor si oceanelor→ puternic mineralizate ↓

89%cloruri,10%sulfati;0,2% carbonati

Apa ocupa 361,3 milioane km→70,8% din suprafata globului.

Din volumul total de apa-97,3%→apa sarata

- 77,30%→ghetari

-22,40%→ape subterane →apa dulce

-0,36%→lacuri,rauri,etc

Din volumul total al apelor subterane 8.467 mil km p→acvifere pana la adancimea de 200m(Scadeanu-2005)              

Circuitul apei in natura se realizeaza sub influenta a 2 factori

Evaporare→ apa suprafata oceanelor → vapori de apa → precipitatii

Gravitatie

Precipitatiile care ajung la sol intra pe diferite cai in circuitul hidrologic:

Evaporare − la suprafata solului si revenire in atmosfera

Stocare pe suprafata topografica- gheata → zapada→ apa lichida

Curgere de suprafata

Infiltrare

Factori ce influienteaza circuitul apei in natura:

1.     radiatiile solare→ la contactul cu solul si apele curgatoare se tansforma in energie calorica provocand incalzirea aerului atmosferic

2.     regimul termic al aerului→sursa principala este solul

3.     regimul termic al solului

4.     regimul termic al apelor

5.     precipitatiile atmosferice

6.     evaporarea

7.     vantul

8.     solul

9.     relieful

10.  prezenta vegetatiei

C_2. Fundamentele chimiei apei

Introducere in chimia acvatica

Algele fotosintetizante pot creste pH-ul apei prin eliminarea CO₂-ului.Fenomenele chimice caracteristice mediului acvatic implica reactii acid-baza,de solubizare,de oxido-reducere si de complexare.

Gazele din apa-O₂ pentru pesti si Co₂ pentru algele fotosintetizante-sunt cruciale pentru bunastarea speciilor vii din apa.Unele gaze din apa pot cauza probleme pestilor din cauza bulelor de azot formate in sange prin evpunerea suprasaturata cu azot.Solubilitatea gazelor din apa este calculata conform legii lui Henry-solubiliatea unui gaz dintr-un lichi este proportionala cu presiunea partiala a gazului in contact cu lichidul.

Oxigenul din apa-organismele acvatice nu pot trai fara oxigen in apa,oxigenul provine din actiunea fotosintetizanta a algelor nefiind o metoda eficienta deoarece cantitatea de oxigen este pierduta pe timpul noptii in procesele metabolice.O caracteristica importanta a unui sistem acvatic este capacitatea de a se reoxigena

Solubilitatea oxigenului in apa scade de la 14,74 mg/L la 0^oC la 7,03 mg/L la 35^oC.La temperaturi mari solubilitatea scazuta a oxigenului combinata cu rata respiratiei crescuta a organismului acvatic duc la epuizari drastice a O

Aciditatea apei si dioxidul de carbon din apa

Aciditatea apei fenomenul acid-baza implica cedarea si acceptare de ioni de H⁺.Multe specii se comporta ca acizii in apa eliberand H⁺,molecula de H₂O avand caracter amfoter.Important in chimia apei este ionul bicarbonat HCO₃ ce se compune-acid

-baza

Apa acida→poluare severa

Aciditate-prezenta acizilor slabi:CO₂,H₂PO₄,H₂S,acizi grasi.

Acid liberal mineral→acizi tari H₂SO₄ si HCl in apa dioxidul de carbon din apa -cel mai important acid slab.

Dioxidul de carbon din apa

Este cel mai important acid slab din apa.dioxidul de carbon si produsii sai de ionizare ionul bicarbonat HCO₃^-,si ionul de CO₃^2-  au o influenta importanta asupra chimiei apei.

Echilibrul dioxidului de carbon dizolvat cu cel gazos din atmosfera si echilibrul ionului de CO₃^- intre solutiile apoase si mineralele carbonice au puternic efect de tampon asupra pH-ului din apa.

Alcalinitatea - este capacitatea apei sa accepte ioni pozitivi de H

− serveste drept tampon pentru pH si rezervor pentru carbnul neorganic

− speciile bazice responsabile: ionul hidroxil,ionul bicarbonat,ionul carbonat si in mica masura amoniacul,bazele conjugate ale acizilor fosforic,de siliciu,boric.

− pH sub 7 [H⁺] se diminueaza alcalinitatea

− pH-ul este un factor de intensitate iar alcalinitatea este un factor de capacitate

Substante ce contribuie la alcalinitate:- apa naturala are o alcalinitate de [alk]=1.00x 10^-3 echivalenti/l. Pentru apa la pH 7 [OH^-] este prea scazut,asadar alcalinitatea este datorata H₂CO3-ului. La pH mai mare atat OH ^-  cat si CO₃ ^2- sunt prezente concetratii semnificative comparativ cu HCO₃^- .

Carbonul organic dizolvat si alcalinitatea- concentratia mai scazuta de carbon la pH 10 arata ca sistemul acvatic pote dona carbon anorganic dizolvat folosit in fotosinteza,cu o schimbare a pH-ului, dar nici una a alcalinitatii .

Calciul si alte metale din apa:- ionii de metal din apa exista sub numerose forme.ionii metalici in solutie apoasa sut prezenti sub forma de cationi metalici hidrati.

Calciul in majoritatea sistemelor acvatice are in general cea mai mare concentratie,el fiind un element cheie in multe proocese geochimice. Mineralele constituie sursa primara de ioni de calciu din apa.Minerale primare ce contribuie sunt: gipsul,anhidritul,dolomitul.

C_3. Factorii fiziografici ai bazinului hidrografic si ai retelei hidrografice

Bazinul hidrografic- reprezinta domeniul scurgerii de suprafata,el fiind delimitat de cumpana apelor de suprafata,care urmareste punctele de cota maxima de pe harta topografica.

Bazinul hidrogarafic indeplineste o functie de transfer, primind materia concretizata in precipitatii si transformand-o in materie in care se scurge in albia minora a raului.

Bazinul hidrogeologic - domeniu acvifer,simplu sau complex, in care apele curg spre o aceeasi iesire sau grup de iesire.Este delimitat de o linie de partajare a apelor subterane.

Morfometria retelei hidrografice

Profilul transversal al albiei - albia minora → suprafata udata permanent sau in cea mai mare perioada a anului

albia majora → albia de minora si zonele de lunca,udata la debite maxime

tavegul → linia imaginara corespunzatoare adancimilor maxime ale albiei minore

Profilul longitudinal al albiei - este o reprezentare in plan vertical a linniei tavegului si a liniilor suprafetei libere la un anumit nivel.Morfologia tavegului in profil longitudinal este cu pante abrupte in sectoarele muntoase si cu pante din ce in ce mai reduse in zonele deluroase si campie.Denivelerile in plan vertical ale tavegului producc pante variabile ale suprafetei libere la debite mici ale raului, pante care se egalizeaza la debite mari.

Densitatea retelei hidrografice- coditioneaza capacitatea raurilor de colectare a apeleor din precipitatii si subterane.Densitatea retelei hidrografice - reprezinta raportul dintre suma lungimii raurilor dintr-o suprafata oarecare, care in mod frecvent este considerata chiar suprafata bazinului.

Suprafata bazinului hidrografic - reprezinta spatiul geografic in cadrul careia se desfasoara toate procesele si fenomenele care privesc schimbul si treansferul de masa si energie cu mediul inconjurator.Pentru acelasi curs de apa, suprafata bazinului hidrografic creste in raport cu cresterea lungimii cursului de apa.

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

Coeficientul de compactitate al bazinului ( kc) - indica gradul de compactitate al suparafetei respective. Acest parametru se ia in considerare, pentru a se putea stabili gradul de drenare a apelor de suprafata pe anumite suprafete.

P_rP_r

k_c= --  = ----

P_ce2 √ П A

Coeficientul de sinuozitate - este un parametru important pentru evolutia unui rau sau parau si arata gradul de maturitate a raului in corelatie cu substaratul geologic al albiei.

Coeficientul de asimetrie - scoate in evidenta repartitia suprafetei bazinului fata de axa de drenaj.Se impune ase cunoaste suprafetele existente pe partea stanga ( Sst) si pe cea dreapta ( Sdr) a cursului principal.

2( S_st - S_dr)

a = ------

S_bh

C₄ Elemente de hidrometrie

Hidrograful si graficul de durata si frecventa a nivelurilor.

Hidrograful- reprezentarea grafica a variatiei nivelurilor in functie de timp.Pentru masurarea nivelurilor se utilizeaza:mirele hidrometrice ,limnigarafele,etc.

Calculul vitezelor folosind metoda flotorilor de suprafata

Flotorii de suprafata - corpuri plutitoare ce pot fi deplasate de catre curentul de apa si sunt utilizati pentru determinarea vitezei de suprafata a curentului apa in diferite sectiuni, in general pe rauri cu adincimi si viteze mici.

Calculul debitelor intr-o sectiune, pe baza vitezelor masurate, folosind metoda grafo-analitica

Dispozitive utilizate la masurarea vitezelor: flotorii,prajinile hidrometrice, morisca hidrometrica.

Distributia vectorilor viteza variaza pe verticala in functie de adancimea apei, panta talvegului etc si se reprezinta grafic prin "epura" vitezelor sau "hodograful vitezelor".

Debitul de apa - cantitatea de apa ce curge prin sectiunea activa in unitatea de timpQ( m3/s sau l/s)

Metode de determinare a debitelor: - metoda deversorilor

- metoda dilutiei

- metoda volumetrica

- cheia limnimetrica

- metodele grafo- analitice

: Dezvoltarea sistemului muscular : Consimtamant pentru examen genetic

Determinarea chei limnimetrice prin metoda Chezy

Cheia limnimertica exprima grafic sau analitic legatura dintre debitul de apa care se scurge printr-o anumita sectiune a apei si nivelul apei masurat in acea sectiune.

In conditi naturale nu exista intotdeauna o corelatie uniforma a debitelor on functie de nivelurile apei,exista cazuri cand la acelas debit al apei se pot observa diferite niveluri si invers.

Punctele debitelor masurate se situeaza dispersat pe graficul de coleratie,iar curba va fi posibil sa se traseze numai prin puncte.

Aceasta curba se mai numeste si cheia debitelor.Cheia limnimetrica se poate determina prin masuratori directe,in urma carora se determina punctele aferente acestei curbe.

Curgerea uniforma - curgerea in care vectorul viteza este constant in lungul fiecarei linii de curent.

Curgerea neuniforma - curgerea in care vectorul viteza nu este constant in lungul fiecarei linii de curent.

Debite caracteristice:

- debitul maxim maximmorum - reprezinta cel mai mare debit inregistrat de cursul de apa repectiv

- debitul extraordinar - debitul cel mai mare produs intr-o periada de 30 de ani consecutivi

- debitul maxim anual - debitul cel mai mare inregistrat in cursul unui an

- debitul normal sau debitul modul - media aritmetica a debitelor anualepe un sir indelungat de an

- debitul mediu - se stabileste pe anumite perioade de timp(decada,luna,anotimp)

- debitul minim anual - debitul cu valoarea cea mai mica inregistrat o zi in cursul a 365 de zile.

- debitul minim minimorum - reprezinta debitul cel mai mic produs pana in prezent.

Debitul de aluviuni

Aluviuni - materiale solide cu greutate specifica si dimensiune,a granulelor diferite ce sunt transportate de apele curgatoare.

Procese desfasurate de ape curgatoare:

eroziune

transport

acumulare

Transportul:rostogolirea,tararea,suspensie,solutie.

C₅ Elemenele morfometrice ale bazinelor si ale subbazinelor

Panta medie

Curba hipsometrica - reprezinta distributia altitudinii din bazinul hidrografic in functie de cresterea succesiva a spatiului bazinal de la izvor la varsare.

ofera posibilitatea de a estima suprafetele aflate deasupra unor cote

date sau de suprafete aferente bazinului dintr-o regiune muntoasa,deluroasa sau de campie

Atitudinea medie a bazinului hidrografic:- este media ponderata a altitudinilor medii dintre curbele de nivel cu suprafetele cuprinse intre acestea.

Panta medie a unui bazin hidrografic se determina functie de cota curbelor de nivel,lungimea si echidistanta acestora .

C₆ Procese de scurgere- reteaua hidrografica

Dunarea -al doilea curs de apa din Europa 2850Km-38% in Romania traverseaza 13 tari.

Evoluta scurgerii - scurgere difuza

scurgere concentrata:- temporara,ogase,ravene,torenti( cursuri de apa cu scurgere temporara,se formeaza de regula primavara dupa topirea zapezilor sau dupa ploi torentiale)

Eementele componente ale unui organism torential:

bazin de receptie - estesuprafata de alimentare a torentului in timpul ploilor,procesul de eroziune regresiva este foarte intens,rezultand un bogat material solid

canalul de scurgere- partea mijlocie a torentului

conul de dejectie- rezultatul depunerii materialului transportat

Cursurile de apa permanente:

Parau- curs de apa natural

Rau -curs de apa relativ mare ,serveste drept canal natural de drenaj pentru un bazin hidrografic

Fluviu- apa curgatoare de mari dimensiuni care se varsa in mare sau ocean .

Componente izvorul zona mlastinoasa,limba unui ghetar,un lac, un con de dejectie - acvifer freatic

Cursul raului - albia minora 3 sectoare in profil longitudinal

I. Cursul superior- zona de izvor cuprinde zona cu altitudini ridicate((munte sau deal)

II. Cursul mijlociu - specific zonelor de deal si podis

III. Cursul inferior - specific zonelor de campie

Deltele - se formeaza la gura de varsare a raurilor sau a fluviilor in mari si oceane,datorita reducerii vitezei si accentuarii procesului de decantare si de depunere a aluviunilor.

Tipuri de delte:→ delta barata

→ delta rasfirata

→ delta unghiulara

→ delta digitata

Limanurile - guri de varsare largite - de natura fluviatila sau maritima.

Estuarele - gura de varsare a unor fluvii la tarmul unor mari sau oceane cu maree.

Tipuri de retele hidrografice:

radiara - specifica masivelor muntoase

convergenta - prezenta centrelor de adunare a apelor

dentritica - densitate mare,Amazon,Congo,etc

penata

paralela - confluenta in unghi aproximativ drept perpendiculara pe raul principal

fluata - zonele muntoase

gemene- zona muntoasa-sistem hidrografic dublu

labirint- caracteristica zonelor de varsare sau deltelor

C₇ Alimentarea raurilor

Alimentarea raurilor din surse de suprafata

• Alimentare din ploi  - zona calda si temperata Congo,Amazon
• Alimentarea din apa provenita din topirea zapezilor - zona temperata si rece Lena, Mackenzie,Ottawa,Enisei,Obi
• Alimentarea din apa provenita din topirea ghetarilor si zapezilor permanente - zona in care gheturile si zapezile nu se topesc de la un an la altul:Asia centrala,Caucaz

Alimentarea raurilor din surse subterane

Alimentarea raurilor cu apa provenita din acviferele freatice - in perioadele cu deficit de umiditate apa subterana poate constitui o importanta sursa de alimentare a retelei hidrografice

Alimentarea raurilor provenita din apele subteranede adancime - volumul mare de apa a acestui tip de acvifere determina alimentare cu un deit relativ constant in timpul anului.

Determinarea surselor de alimentare

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

1.    prin unirea cu o dreapta a debitelor minime de iarna si de vara se obtine scurgerea provenita din sursele de alimentare subterane

2.    - pentru lunile de iarna se calculeaza procentul provenit din topirea zapezilor

3.    - pentru lunile de primavara,vara si toamna se stabileste valoare procentuala a scurgerii provenite din alimentarea pluviala

Date hidrologice referitore la perioadele caracteristice ale regimului raurilor din Romania

perioada de iarna - temperaturi medii sub 0 grd C, sursa principala o constitue apele subterane,pe rauri se instaleaza " perioada apelor mici de iarna"

perioada de primavara - temperaturi intre 0 si 10 grdC- iau nastere apele meri de primavara.Daca se suprapun ploi abundente iau nastere viiturile de primavara iar daca anotimpul rece a fost sarac in precipitatii solide perioada se numeste "ape mici de primavara"

perioada de vara - temperaturi intre 18-22⁰ C,precipitatiile sunt reduse cantitativ,reteaua hidrografica este caracterizata "apele mici de vara"

perioada de toamna - scurgerea apelor se caracterizeaza prin debite mai bogate " ape mari de toamna"

Tipuri de regim ale raurilor din Romania

1.    Tipul pontic si tipul panonic- in Dobrogea si Campia de Vest - debite mari la sfarsitul lunii februarie,apoi apele mici persista tot cursul anului Raurile de tip panonic pot prezenta viituri cu caracter brutal, in unele primaveri.La raurile pontice,viiturile se produc in general vara: Casimnicea,Topolog,Slava,Telita,etc

2.    Tipul moldavo-valah  - cuprinde raurile din Campia Romana si din Podisul Moldovei.Sunt caracterizate ape mari in timpul primaverii cu un maxim in luna martiViiturile se pot forma in orice anotimp:Calmatui,Vedea,Teleorman,Neajlov,Crasna,etc.

Scurgerea raurilor

Factorii climatici ai scurgerii

Clima - factorul principal care influienteaza procesul de scurgere a apelor.

Evaporatia - este conditionata de evolutia temperaturilor si de gradul de saturare aatmosferei cu vapori de apa.

Precipitatiile - cantitatea se evalueaza cu pluviometre.

Factori neclimatici si scurgeri

Relieful- gradul de fragmentare a reliefului si panta

Constitutia geologica - permeabilitate si solubilitatea rocilor

Solurile - structura , compozitie si permeabilitate

Vegetatia - preyenta vegetatiei- creste ponderea infiltratiei

Factori antropici - lucrari agrotehnice,desecari, lucrari de drenaj,instalatii hidrotehnice,etc.

C.₈ Regimul termic si de inghet al raurilor,limnologie

Temperatura apelor curgatoare - dependenta de urmatorii factori - variatiile de temperatura,relieful sursele de alimentare, pozitia geografica, dinamica apelor.

In profil transversal - vara temperatura este mai ridicata in zona malurilor cu 1 sau pana la 3 gradeC.

In profil longitudinal - temperatura poate avea variatii semnificative intre zona de izvor si zona de varsare.

Regimul de inghet al raurilor - formarea acelor de gheata , gheata la maluri,sloiuri plutitoare,naboi(zai , gheata buretoasa in masa apei), gheata la fund .

Clasificarea raurilor din Romania in functie de compozitia lor chimica

• clasa apelor bicarbonate - predomina anionul de bicarbonat (HCO₃^-)
• clasa apelor clorurate - predomina anionul Cl^-
• clasa apelor sulfate - anionul sulfat(SO₄^-) > de 50%
• raurile din clasa de ape bicarbonate,cu grad de mineralizatie de pana la 200mg/l - rauri din Carpatii Olteniei, Meridionali , si Apuseni  
• raurile din clasa de ape bicarbonate,cu grad de mineralizatie mediu 200-500mg/l - sunt raspandite in regiunile calcaroase si argiloase din podisul Transilvaniei, Campiei de Vest, Campiei Romane,Subcarpatii Moldovei
• raurile din clasa de ape bicarbonate,cu grad de mineralizatie intre 500 - 1000mg/l - regiunile secetoase din sudul Olteniei, Dobrogea de Nord, si Podisul Moldovei
• rauri din clasa apelor clorurare - strabat reginile cu depozite de sare - mineralizatie 500- 1000mg/l NaCl - Trotusul, Tazlaul, Ramnicu-Sarat, Slanic de Prahova, Tarnava Mica la Sovata, etc.
• rauri din clasa apelor sulfate- mineralizatie 2000mg/l - in  Campia Moldovei (Jijia,Bahlui)

Limnologie

Originea cuvetelor lacustre

lacurile din zonele cu clima umeda si temperata sunt cele mai numeroase, au un volum mare de apa,regim de alimentare pluviala,pluvo-nivala,sunt dulci caracterizate prin scurgere de suprafata au legatura cu oceanul planetar.

- lacurile din zonele cu clima arida sunt mai putine numeric,lipsite de scurgere volum redus si adesea sarate.

Pe suprafata Terrei exista cca. 1mil.lacuri=2,1 mil.km².

Clasificarea lacurilor dupa geneza:

Lacuri formate sub actiunea factorilor interni

1. lacuri de origine tectonica

lacuri sinclinale

lacuri situate in bazine intramontane

lauri situate in cuvete rezultate din scufundarea sau ridicarea scoartei terestre

lacuri relicte,izolate prin miscari epirogenetice

lacuri situate in regiuni faliate

lacuri formate prin baraj natural

2. lacuri de origine vulcanica :

lacuri din cratere de explozie (Marele lac sarat din Nevada)

lacuri din cratere de scufundare (Lacul Crater din Oregon)

lacuri situate in denivelarile invelisului de lava (Yellowstone Australia)

Maarele - rezultata din explozia produsa de gazele vulcanice

lacuri formate prn baraj vulcanic - Lacul Sf. Ana

3. lacuri rezultate din actiunea factorilor externi - factori dominanti:apele curgatoare,apele marine,ghetarii,vantul,organismele si omul

Lacurile fluviatile sunr prezente in luncile inundabile ale unor rauri sau fluvii:Dunarea,Ialomita,Buzau,Mures,Volga,Don,Nipru.

Lacuri rezultate in urma actiuni apei marine - lagune sau lacuri marine,pe tarmul golfului Mexic,intre peninsule Florida si Yucatan.In Romania: Razim,Sinoie,Golovita,Zmeica.

Lacurie rezultate in urma actiunii de dizolvare a apei

• lacuri de dolina - iau nastere in rocile calcaroase(Deep Lake - Florida)
• lacuri de polii
• lacuri de formatiuni de ghips - formate prin actiunea de dizolvare : Lacul Invartita de la Nucsoara
• lacuri pe formatiuni de sare : Sovata,Lacul Ursu,Alunis,Negru
• lacurile clastocarstice : Movila Miresii,Coltea,Tatarul

Lacuri rezultate din actiunea ghetarilor - au o larga raspandire in regiunile afectare de glaciatiunea cuaternara(Nordul Americi de nord o parte din Siberia Centrala au fost acoperiti de gheata).Dupa retragerea ghetii sau format lacuri - lacuri formate pe suprafata ghetarilor,formate in spatele barajelor de gheata,lacuri formate in mici denivelari de roca,lacurile formate in caldari sau cicluri glaciare,vai glaciare,fiorduri,lacuri de piemont.

Lacuri rezultate din actiunea vanturilor(eoliene) - se formeaza in micile depresiuni generate de eroziune,in locurile joase dintre dune,sunt raspandite in regiunile cu umiditate scazuta,dimensiunile sun reduse,au caracter temporar.

Elemente de morfologie a lacurilor

In regiunea de tarm se formeaza : faleze,platforme sau prispe lacuste,cordoane nisipoase,delte lobate,etc.

Orice cuveta lacusta prezinta in profil transversal doua regiuni :

o      regiunea de tarm - predomina procesul de eroziune : malul,tarmul si bancurile nisipoase litorale

o      regiunea de adancime - predomina procesele de acumulare,relieful sublacustru este mai uniform si rar afectat de actiunea valurilor

C_9.Hidrogeologie

Factori naturali ce influienteza alimentarea si regimul apelor subterane

o      factori climatici - regimul termic, precipitatiile, evotranspiratia, umiditatea aerului

o      factori hidrologici - scurgerea de suprafata,scurgerea totala din reteaua hidrogarafica

o      factori geologici - litologia si structura geologica

Originea apelor subterane

apa vadoasa- infiltrarea apelor provente din ploi si zapezi

apa juvenila sau magmatica - condensarea vaporilor proveniti din degazeificarea magmelor, au temperaturi ridicate si continut ridicat de saruri

apele de zacamant - sunt asociate zacamintelor petroliere

Distributia apelor subterane - din scoarta terestra

apa in stare de vapori - zona vadoasa,dinamica ei fiind controlata de distributia presiunilor

apa legata fizic - in functie de nivelul energetic-apa higroscopica

- apa peliculara

apa legata chimic - apa de cristalizare - prezenta molecullei de H2O

- apa de constitutie- se poate deplasa

apa capilara - apa capilara suspendata

apa capilara mobila

apa capilara discontinua

apa capilara legata

apa libera - include apa gravitationala si apa capilara mobila

apa in stare solida

apa in stare supracritica - apare la temperaturi si presiuni ridicate

Zonarea umiditatii pe verticala

zona de aerare - intre suprafata topografica si suprafata acviferului este impartita in mai multe zone - zona de evotranspiratie

zona de retentie

zona capilara

- zona saturata

Capacitatea de infiltrare : Factori:

umiditatea solului,compacterea solului determinata de precipitatii,przenta unor microstructuri in sol,existenta covorului vegetal, temperatura, conductivitatea hidraulica,prezenta aerului captiv in zona nesaturata,panta ternului, actiunea antropica.

C_10. Hidrologie 2

Miscarea apei

Caracteristicile zonei nesaturate, alaturi de proprietatile poluantilor, regimul de precipitatii si adancimea nivelului hidrostatic, influenteaza in mod direct cantitatea de poluant ce poate patrunde in acvifer. Zona nesaturata poate constitui un adevarat tampon intre suprafata solului si apa subterana. Transportul contaminantilor la nivelul zonei nesaturate este in primul rand guvernat de deplasarea apei.

In zona mediu nesaturat ,conductivitatea hidraulica descreste rapid odata cu scaderea continutului de apa.

Porozitatea - este sistemul de goluri din masa unui sediment sau a unei roci

V_g

n = - ∙ 100

V

Porozitatea primara - ia nastere odata cu formarea depozitului de roci unde poate suferi modificari in sensul cresterii sau reducerii rezultand porozitatea secundara.

Porozitatea activa - reprezinta volumul de goluri prin care apa poate circula liber si este complet drenata gravitational.

Porozitatea de retentie - reperezentata de golurule care nu comunica intre ele si nu participa la formarea permeabilitatii .           

Permeabilitatea - este proprietatea unui mediu poros de a permite lichidelor si gazelor sa se deplaseze prin el sub actiunea combinata agravitatiei si presiuni

K_p= C∙ d²

Umiditatea - reprezinta cantitatea de apa continuta in sol,dependenta de conditiile meteorologice in zona de aerare si ese maxima in zona saturata. umiditatea se exprima prin umiditate volumica si gradul de saturatie.

Vascozitatea - propritatea fluidelor de se opune deformatiilor relative care se manifesta intre straturile adiacente de fluid aflate in miscare relativa fara ca deformatiile sa fie insotite de variatii ale volumului. Vascozitatea lichidelor este direct proportionala cu temperatura, iar cea a gazelor este invers proportionala

Tensiunea superficiala - este energia pe unitatea de suprafata la interfata a doua

medii apa- aer,care da capilaritati. unitate de masura - dyne/cm

Conductivitatea hidraulica - este o proprietete a unui mediu poros saturat care determina reltia, legea lui Darcy,intre debitul specific si gradientul hidraulic care provoaca miscarea . legea lui darcy  

C₁₁. Hidrogeologie 3

Tipuri de acvifere

Acviferul - este zona saturata cu apa a unei formatiuni permeabile,prin care poate avea loc o curgere semnificativa a curentului de apa.

Clasificarea acvifereleor- criterii:

• conditiile de acumulare ale apelor subterane
• variabilitatea parametrilor terenurilor permeabile
• caracteristicile fizico-chimice
• starea energetica a apei subterane

Conditii de acumulare ale apelor subterane-sunt dependente de litologia si structura formatiunii acvifere

acvifere formate in sedimente neconsolidate

acvifere formate in roci sedimentare consolidate

acvifere formate in roci magmatice sau metamorfice

Variabilitatea parametrilor terenurilor permeabile

• omogene si izotrope - valoarea parametrilor este aceeasi in intreg spatiul reprezentat de acvifer si variabilitatea este constanta in toate directiile
• neomogene si anizotrope - valoarea parametrului este diferita de la un punct la altul iar variabilitatea se modifica cu directia

Caracteristicile fizico-chimice ale apei subterane

• acvifere termale - temperatura apei >23grd C

hipotermale 23-36 grd C

mezotermale 36-42 grd C

hipertermale > de 42 grd C

• acvifere minerale - apele subterane au anumite caracteristici chimice- mineralizatie totala> de 1 g/l pentru apele terapeutice,continutul de bioxid de carbon mai mare de 10g/l

Cel mai utilizat criteriu de clasificare este cel al starii energetice a apei subterane, clasificare ce va fi prezentata in detaliu, se va tine cont si gradul de deschidere hidrogeologica. Din aceste puncte de vedere deosebim

. acvifere sub presiune.

. acvifere cu nivel liber

Acviferele cu nivel liber

Morfologia nivelului hidrostatic este influentata de morfologia suprafetei topografice, fiind in general similara cu aceasta dar cu variatii mult mai atenuate.

Deplasarea apei in acvifer se face gravitational in virtutea unui garadient hidraulic.Aceasta deplasare a curentului subteran este conditionata de pozitia bazei locale de eroziune.

Apa subterana ajunge la suprafata, atunci cand nivelul hidrostatic intersecteaza in mod natural suprafata topografica, situatie in care apar izvoare sau acviferul se afla in legatura hidraulica cu reteaua hidrografica.

Acviferele sub presiune

Se formeaza in terenurile permeabile delimitate in partea superioara de formatiuni acoperitoare impermeabile sau cu permeabilitate redusa.

Pot fi:- ascensionale

- arteziene

O caracteristica a celor doua tipuri acvifere este pozitia si extinderea zonei de alimentare.

La acviferele cu nivel liber alimentarea se face prin infiltratii pe toata suprafata lor- zona de extindere a acviferului coincide cu zona de alimentare.

La acviferele sub presiune zona de alimentare se face prin capetele de strat,si pot fi situate la distante mari fata de zonele de captare a acestor acvifere.

C₁₂ Schematizarea hidrostructurilor

Simplificarea complexitatii hidrostructurilor in conditiile mentinerii carateristicilor reprezentative pentru:

• spatiul in care are loc scurgerea subterana
• caracteristicele hidrofizice ale terenurilor a caror distributie spatiala  conditioneaza caracteristicile curgerii apei subterane
• conditii hidrodinamice ale curgerii la limitele hidrostructurii si in interiorul acesteia

Etapele schematizarii

1.     Schematizarea spatiala - precizeaza geometria spatiului in care are loc curgerea apelor subterane

Morfologia - este schematizata sub forma grafica prin sectiuni geologice,bloc diagrame,harti structurale. Datele provin in general din cartarea de suprafata,foraje geologice , hidrogeologice si prospectiuni geofizice.

Extinderea cercetarii:

→ extinderea regionala - evaluarea resurselor naturale ale hidrostructurii

- limitele fizice ale structurii( falii, zone de drenaj)

→ extinderea locala - studii hidrologice de interes local

2.Schematizarea parametrica - evaluarea distributiei spatiale a parametrilor care descriu caracteristicile hidrofizice ale terenului :

porozitati active

conductivitati hidraulice

coeficientul de difuzivitate hidraulica si inmagazinare

coeficientul de realimentare

coeficientul dispersiei hidrodinamice

Variabilitatea parametrului insemna - variabilitatea parametrului de la un punct la altul(omogenitate,neomogenitate)

- variatia valorii pe diverse directii (izotropie,anizotropie)

Mediul poate fi omogen si izotrop sau neomegen si anizotrop.

Extinderea cercetarii:

→ extindere regionala - estomparea variabilitatii parametrilor

- tinde spre adoptarea unei distributii omogene si izotrope

→ extindere locala - presupune o rigurozitate specifica legata de descrierea distributiei parametrilor.

3.Schematizarea hidrodinamica - precizarea frontierelor hidrodinamice initiale in interiorul acesteia

Conditii hidrodinamice pe frontierele modelului:

• frontiere de tip sarcina piezometrica impusa(Dirichlet)
• frontiere de tip impus( Newmann)
• frontiere de tip dependent de sarcina piezometrica
• frontiere de tip suprafata libera
• frontiere de tip suprafata de prelingere

C13. Contaminarea apelor subterane

Cauzele si sursele contaminarii

Contaminat  al apelor subterane - orice substanta sau materie de natura fizica,chimica,biologica sau radiologica din apa subterana.

Contaminatii pot fi: - naturali- alunecarile naturale de teren si amestecarea cu alte surse de apa subterana cu diferite tipuri de chimism

antropici- eliminarea deseurilor,activitati miniere sau agricole,stocarea si transportul materialelor,etc.

Eliminarea deseurilor

Deseurile lichide:

→ fosele septice si haznalele contribuie la scurgerea apei de canal filtrata direct in sol(nitrati , substante chimice organice)

→   clorinarea apelor cu deseuri ce se scurg

→ folosirea substantelor chimice organice pentru a curata sistemele septice si care produc potentiali poluanti suplimentari

→ folosirea in cantitati mari de saruri si aditivi pe sosele in timpul iernii

→ folosirea injectarei deseirilor in colectoare hidrogeologice

Deseuri solide:

→ eliminarea si stocarea de deseuri solide industriale si municipale pe terenuri(patrunderea apei de ploaie si a apei de suprafata),prin descompunerea biochimica a materiei organice.

Depozitarea si Transportul Materialelor Comerciale

Contaminarea apelor subterane ca urmare a depozitarii si transportului materialelor, rezulta din posibilele scurgeri din containerele de depozitare. Aceste conducte si containere sunt supuse adesea coroziunii,urmate de aparitia scugerilor.

Produsele din benzina si petrol contin:benzen,toluen,xilen care sunt solubile in apele subterane.

Minele

Sistemele de canalizare de la carierele abandonate cat si de la minele subterane pot produce poluarea apelor subterane.

Apa de ploaie,in special apa acida,pe suprafetele miniere expuse excesiv,produc deseuri puternic mineralizate la care se face referire ca scurgeri miniere acide.

Pesticidele

Pesticidele, ierbicidele si fungicidele folosite pentru distrugerea parazitilor,plantelor nedorite si fugilor pot contamina apa subterana.

Uleiul si gazul- operatiuni de exploatare miniera a gazului si a uleiului

Activitatile agricole - folosirea pesticidelor si fertilizatorilor

Fertilizatorii - organici si anorganici ( dejectii umane si animale)

Alte activitati - Comunicarea acviferelor si intruziunea apelor sarate sunt alte doua activitati umane care cauzeazacontaminarea apelor subterane.

Schimbul interacvifer - In cvazul in care doua acvifere sunt conectate hidraulic si unul din ele este contaminat.

Intruziunea apelor sarate -intruziunea apelor sarate se produce cand echilibrul hidrodinamic dintre apa dulce si apa sarata este perturbat - cand apa subterana dulce este supraexploatata din acviferele de coasta si atunci cand barierele naturale de apa dulce si apa sarata sunt distruse pentru construirea unor canale de drenaj pe coasta. care ii permit apei de mare sa avanseze spre interiorul terenului.

Transportul contaminatilor in apa subterana

Procesul de transport - cand un contaminat ajunge in apa subterana,el se raspandeste si se misca impreuna cu apa ca rezultat al:

1.- advectiei, care este cauzata de debitul apei subterane

2.- dispersiei - amestecarea mecanica si difuza moleculara

3.- retardarea- care este cauzata de adsorbtie

Advectia

Un  contaminant se misca o data cu scurgerea apelor subterane conform legii lui Darcy.Legea Darcy sustine ca viteza curgeri apei prin sol din punctul 1 la punctul 2 este proportionala cu diferenta de sarcina piezometrica si invers proportinoala cu lungimea cursului

Dispersia

Dispersia este rezultatul a doua procese,difuziunea moleculara si amestecul mecanic.

Difuzia moleculara este procesul in care constituentii ionici si moleculari se misca sub influenta activitatii lor cinetice in directia gradientilor concentratiilor lor.In acest proces cinstituentii se misca din regiuni cu concentratii mai mari in regiuni cu concentratii mai mici;cu cat sunt mai mari diferentele cu ata este mai mare gradul de difuziune.Difuziunea moleculara poate fi exprimata prin intermediul legii lui Fick

Retardarea

Incetinirea migratiei contaminantilor in apa subterana este datorata mecanismului de adsorbtie care a fost descris,ata pentru constituentii anorganici cat si pentru cei organici.Coeficientul de retardare poate fi calculat bazandu-se pe coeficientii de distributie si adsorbtie ai contaminatilor si caracteristicile mediului poros.

Densitatea contaminatului - fluidele imiscibile cum ar fi uleiurile,nu se amesteca imediat cu apa,ele fie plutesc la suprafata apei fie se scufunda in apa subterana in functie de densitatea lor.Fluidele imiscibile cu densitati mai mici decat a apei formeaza o faza separata care poate pluti la suprafata apei subterane.

Solubilitatea contaminatului - Solubilitatea unei substante in apa este definita drept concentratia saturata a substantei in apa la o anumita temperatura si presiune.acest parametru este important in predictia dinamicii frontului de poluant in apa subterana si in planificarea eventualei recupereri a acestuia.Substantele cu solubilitate mare in apa au tendinta de a ramane dizolvate in colana de apa si nu adsorbite de particulele de sol si se volatizeaza mai repede in apa. ( Montgomery 1989)

Regimul de curgere a apelor subterane - dimensiunile frontului de poluare sunt afectate de viteza apei subterane si conductivitatea hidraulica a acviferului.Frontul contaminat se misca de obicei in aceeasi directie cu apa,cu toate aceste poate sa nu apara in cazul fluidelor imiscibile,care se scurg spre fundul acviferului si plutesc prin gravitatie in directia opusa curgerii apei subterane.Un front contaminat prezent in apa de suprafata se poate misca intr-o alta directiedecat cea a gradientului apei subterane regionale.

Fluctuatiile apelor subterane pot misca contaminatii prinsi din zona vadoasa in zona saturata.

Geologia - Comportamentul unui front contaminat depinde in mare parte de tipul profilului geologic prin care el se misca. Structurile geologice cum ar fi straturile de adancime ,faliile,intrepatrunderea starturilor si faciesurilor pot afecta calitatea si directia unui front de poluare.Faliile pot actiona ca bariere sau ca o conducta pentru contaminat depinzand de materialul din falie.Lentilele argiloase dintre straturi intr-o formatiune de nisip impermeabil pot imparti sau intarzia miscarea contaminatului care se scurge si pot schimba forma si cursul acestuia.Fracturile si crapaturile din formatiunile de roci masive fracturate pot actiona ca o conducta,depinzand de marimea lor si legaturile dintre ele.