1
PREFA
Apele continentale reprezint o component important a mediului
nconjurtor prin formele diferite de existen i de repartiie
teritorial i mai ales, pentru posibilitile largi de valorificare.
Apa nseamn via deoarece se gsete n proporii nsemnate n toate
organismele vii i ntreine n mod nemijlocit acest miracol al
Planetei noastre. Apa se consum pentru ntreinerea vieii, este
materie prim pentru industrie, mijloc de reglare a temperaturii
agregatelor, surs de energii, cale de transport, mijloc de
agrement, element al salubritii generale etc. n natur, apa
reprezint principalul aspect modelator al scoarei terestre,
respectiv factorul care, alturi de celelalte componente ale
mediului geografic, confer peisajelor o att de mare diversitate de
tipuri i forme. Aceast implicare complex a apei n toate procesele
naturale i n contextul diversificat al activitilor antropice,
economice i sociale a constituit o premiz inerent pentru apariia i
dezvoltarea tiinelor hidrologice, ntre care HIDROLOGIA USCATULUI
ocup un loc deosebit. Cerinele tot mai mari de ap ale comunitilor
omeneti au imprimat un impuls deosebit cercetrilor hidrologice i au
impus o mare diversitate ale specializrilor n domenii, cu valene
teoretice i practice. Cursul privind HIDROLOGIA USCATULUI se
adreseaz n primul rnd studenilor facultilor de geografie, geologie,
biologie geografie, geografie istorie, geografie i o limb strin,
dar i specialitilor din domeniul gospodririi apelor i amenajrii
teritoriului. Lucrarea i propune o abordare teoretic i practic a
fenomenelor i proceselor hidrologice. Pentru prezentarea
principiilor generale, teoretice ale Hidrologiei uscatului au fost
valorificate sau actualizate informaiile existente n literatura de
specialitate trecute prin filtrul unei experiene de aproape 40 de
ani, lucrai n domeniu, de ctre autor. La rndul lor, elementele
practice, aplicative sunt preluate cu precdere din activiti curente
de gospodrire a apelor, aflate n curs de integrare n prevederile
Directivei 200/60 E.C. a Uniunii Europene care se implementeaz la
ora actual. Multe aspecte hidrologice practice urmeaz a fi
prezentate, mai pe larg, ntr-un Caiet de lucrri practice a crui
elaborare se afl n atenia autorului. Lucrarea Hidrologia uscatului
cuprinde 5 pri i 13 capitole dup cum urmeaz: Partea nti: Hidrologia
tiina despre apele TERREI, respectiv capitolele 1 i 2; Partea a
doua: Noiuni de hidrogeologie, cu capitolele 3-5; Partea a treia:
Hidrologia rurilor (Potamologia), respectiv capitolele 6-10; Partea
a patra: Probleme de limnologie, capitolele 11 i 12; Partea a
cincea: Glaciologie, respectiv capitolul 13. La sfritul cursului
este prezentat o bibliografie selectiv, adecvat.
Autorul
2
CUPRINSPREFA...............................................................................................................................1
CUPRINS................................................................................................................................2
Partea I. HIDROLOGIA TIINA DESPRE APELE
TERREI..............................................6 Cap.1. APA N
NATUR........................................................................................................61.1.
Introducere. Generaliti. Apa n
natur......................................................6 1.2.
Circuitul apei n
natur................................................................................9
1.2.1.
Evaporaia..........................................................................................................................................9
1.2.2. Condensarea
...................................................................................................................................10
1.2.3. Precipitaiile atmosferice
......................................................................................................11
1.2.4. Scurgerea
apei.................................................................................................................................12
1.2.5. Circuitul apei n
natur...................................................................................................................12
1.3. Sistemul hidrologic. tiinele hidrologice. Raporturile
hidrologiei cu alte
tiine..........................................................................................................................13
1.3.1. Definiia
hidrologiei.........................................................................................................................14
1.3.2. Ramurile hidrologiei. tiinele
hidrologice.....................................................................................14
1.3.3. Raporturile hidrologiei cu alte
tiine..............................................................................................16
1.3.4. Obiectivele de baz ale
Hidrologiei................................................................................................16
1.3.5. Metode de
cercetare.........................................................................................................................18
1.4. Managementul i valorificarea resurselor de
ap......................................19 1.5. Directiva Cadru
2000/60 EC a Uniunii Europene n domeniul apei.............20 1.6.
Domeniile de utilizare a
apei.....................................................................21
2.1. Proprietile generale ale
apei....................................................................22
2.2. Molecula de ap i structura
ei...................................................................22
2.3. Caracteristicile calitative ale
apei...............................................................23
2.4. Proprietile fizice ale apei n stare lichid, solid i de
vapori...................23 2.4.1. Apa n stare
lichid..........................................................................................................................24
2.4.2. Apa n stare
solid...........................................................................................................................25
2.4. 3. Apa n stare de
vapori.....................................................................................................................26
2.4.4 Cteva proprieti fizice particulare ale
apei...................................................................................26
2.5. Proprietile chimice ale
apei..................................................................27
2.6. Proprietile organoleptice, biologice i bacteriologice ale
apei.................29 2.6.1. Proprietile
organoleptice..............................................................................................................29
2.6.2. Proprietile biologice i bacteriologice.
......................................................................................29
2.7. Apa grea
...................................................................................................30
2.8. Apa
plat....................................................................................................30
Cap. 2. PROPRIETILE GENERALE ALE
APEI...............................................................22
Partea a II-a. NOIUNI DE
HIDROGEOLOGIE....................................................................31
Cap. 3. APELE
SUBTERANE..............................................................................................313.1.
Originea apelor
subterane..........................................................................31
3.2. Caracteristicile fizice ale rocilor
magazin....................................................32
3.2.1. Porozitatea rocilor.
.........................................................................................................................32
3.2.2.
Permeabilitatea................................................................................................................................33
3.2.3. Coeficientul de
absorbie.................................................................................................................34
3.2.4. Gradul de ndesare -
(D)..................................................................................................................34
3.3. Apa n
roci..................................................................................................34
3.3.1 Tipuri de ap n
roci.........................................................................................................................34
3.3.2. Repartiia apei n sol i subsol. Zone de
umiditate..........................................................................35
3.3.3. Strate
acvifere..................................................................................................................................36
3.4.
Izvoare........................................................................................................44
3Cap. 4. CIRCULAIA APELOR
SUBTERANE.....................................................................454.1.
Micarea apei sub form de
vapori.............................................................45
4.2. Micarea apei
legate...................................................................................45
4.3. Circulaia apelor
libere...............................................................................45
4.3.1 Micarea apelor
capilare..................................................................................................................46
4.3.2. Micarea apei
gravifice...................................................................................................................46
4.4. Cercetarea i valorificarea apelor
subterane..............................................49 4.4.1.
Prospeciunea
hidrogeologic.........................................................................................................49
4.4.2 Explorarea
hidrogeologic...............................................................................................................50
4.5. Rezervele de ape
subterane.......................................................................51
5.1. Izvoarele
minerale......................................................................................52
5.1.1. Clasificarea izvoarelor
minerale.....................................................................................................53
5.1.2 Rspndirea apelor
minerale...........................................................................................................54
5.2. Alimentrile cu
ap.....................................................................................55
5.2.1. Calitatea apei
potabile.....................................................................................................................55
5.2.2. Ameliorarea apei
potabile...............................................................................................................55
5.2.3. Calitatea apei folosite n
industrie..................................................................................................56
5.3. Irigaiile i
hidroamelioraiile......................................................................56
5.4. Poluarea apelor
subterane..........................................................................57
Cap. 5. VALORIFICAREA I POLUAREA APELOR
SUBTERANE....................................52
Partea a III-a. HIDROLOGIA RURILOR
(POTAMOLOGIA)..............................................60
Cap.6. REEAUA HIDROGRAFIC I SISTEMUL
FLUVIATIL..........................................606.1. Apele de
iroire..........................................................................................60
6.2. Apele
toreniale..........................................................................................60
6.3. Apele
curgtoare........................................................................................61
6.3.1.
Praiele............................................................................................................................................61
6.3.2.
Rurile..............................................................................................................................................62
6.4. Elementele componente ale unui
ru.........................................................62
6.4.1. Izvoarele
rurilor.............................................................................................................................62
6.4.2. Cursul
rului....................................................................................................................................62
6.4.3. Vrsarea
rurilor.............................................................................................................................63
6.5. Reeaua hidrografic i sistemele
fluviatile................................................64 6.6.
Structuri de reele de
ruri.........................................................................65
6.7. Ierarhizarea reelei hidrografice
................................................................66
Cap.7. ELEMENTE LEGATE DE REEAUA
HIDROGRAFIC...........................................677.1. 7.2.
7.3. 7.4. 7.5. 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. Cadastrul
apelor.........................................................................................67
Lungimea
rului..........................................................................................71
Coeficientul de sinuozitate
(ks)..................................................................71
Coeficientul de despletire (mpletire sau de
ramificaie)............................73 Schema hidrografic a
rurilor...................................................................73
Vile
rurilor...............................................................................................74
Geneza i evoluia
vilor............................................................................74
Elementele
vilor........................................................................................74
Tipuri de
vi................................................................................................76
Forma albiei n
plan....................................................................................78
Profilul transversal al
rului........................................................................80
Profilul longitudinal
..................................................................................82
Cap. 8. VILE
RURILOR.................................................................................................74
Cap. 9. BAZINUL
HIDROGRAFIC.......................................................................................849.1.
Bazinul
hidrografic......................................................................................84
9.2. Forma i dimensiunile bazinului
hidrografic................................................85 9.3.
Caracteristicile morfografice i morfometrice ale bazinului
hidrografic......86 9.3.1. Aspectele
morfografice....................................................................................................................86
9.3.2. Morfomeria bazinelor
hidrografice.................................................................................................86
9.4. Densitatea retelei
hidrografice...................................................................88
49.5. 9.6. Caracteristicile fizico-geografice ale bazinului
hidrografic..........................89 Mari fluvii ale Terrei
...................................................................................89
Cap. 10. HIDROMETRIA I HIDROLOGIA
RURILOR......................................................9310.1.
Dinamica apelor
rurilor...........................................................................93
10.1.1. Forele care acioneaz asupra apei din
ruri..............................................................................93
10.1.2. Micarea laminar i micarea
turbulent....................................................................................94
10.1.3. Curenii din apa
rurilor...............................................................................................................95
10.2. Hidrometria vitezelor i debitelor
............................................................97
10.2.1. Repartiia vitezelor n seciunea
rului..........................................................................................97
10.2.2. Msurarea i calcularea vitezei rurilor
.................................................................................98
10.2.3. Msurarea debitelor
rurilor......................................................................................................100
10.3. Hidrometria
nivelurilor............................................................................104
10.3.1. Observarea i prelucrarea
nivelurilor.........................................................................................104
10.3.2 Cheia
limnimetric........................................................................................................................106
10.4. Analiza scurgerii
apei.............................................................................106
10.4.1. Alimentarea scurgerii. Sursele de
alimentare.............................................................................107
10.4.2. Regimul hidrologic al
rurilor.....................................................................................................108
10.4.3. Influena factorilor fizico-geografici asupra scurgerii
rurilor..................................................109
10.4.4. Influena factorului antropic
......................................................................................................109
10.4.5. Elementele caracteristice ale regimului
scurgerii.......................................................................110
10.5. Bilanul hidrologic al
rurilor...................................................................113
10.6. Scurgerea aluviunilor
............................................................................114
10.7. Regimul termic i al fenomenelor de nghe
..........................................117 10.7.1. Regimul
termic al apei
rului......................................................................................................117
10.7.2. Regimul fenomenelor de
nghe...................................................................................................118
Partea a IV-a. PROBLEME DE
LIMNOLOGIE...................................................................119
Cap. 11. LACURILE
TERREI.............................................................................................11911.1.
Originea i clasificarea lacurilor
Terrei....................................................119
11.1.1. Lacuri de origine tectonic i
vulcanic......................................................................................119
11.1.2. Lacuri formate prin aciunea factorilor
externi...........................................................................120
11.2. Morfologia i morfometria
lacurilor.........................................................121
11.2.1. Morfologia
lacurilor....................................................................................................................121
11.2.2. Morfometria lacurilor
.................................................................................................................122
11.3. Dinamica apelor din
lacuri......................................................................123
11.4. Regimul termic al apei din
lacuri............................................................124
11.5. Regimul fotic. Culoarea apei
lacurilor.....................................................125
11.6. Chimismul apei
lacurilor.........................................................................126
11.7. Viaa n
lacuri.........................................................................................126
11.7.1. Comunitile
planctonice.............................................................................................................126
11.7.2. Zoobenthos animale legate de suport
solid:.............................................................................127
11.7.3. Macrofite acvatice
......................................................................................................................127
11.8. Sedimentele din
lacuri............................................................................127
11.9. LACUL DE ACUMULARE element central n amenajarea complex a
cursurilor de ap i a bazinelor
hidrografice..............................................................129
11.9.1. Date
generale...............................................................................................................................129
11.9.2. Componentele unei acumulri i caracterizarea eficienei
sale.................................................129
Cap. 12. BLILE I
MLATINILE....................................................................................132
Partea a V-a.
GLACIOLOGIE............................................................................................134
Cap. 13. NOIUNI DE
GLACIOLOGIE...............................................................................13413.1.
Zpezile persistente i formarea ghearilor
...........................................134 13.2. Micarea
ghearilor.................................................................................135
13.3. Eroziunea i transportul
glaciar..............................................................135
13.4. Procese de acumulare
glaciar...............................................................136
13.5. Tipuri de gheari
....................................................................................137
13.5.1 Tipuri de gheari de
munte............................................................................................................137
513.5.2. Tipuri de gheari
continentali......................................................................................................137
13.6. Importana
ghearilor.............................................................................138
BIBLIOGRAFIE..................................................................................................................139
6
Partea I. HIDROLOGIA TIINA DESPRE APELE TERREI
Cap.1. APA N NATUR
1.1. Introducere. Generaliti. Apa n natur.Apa reprezint o
component primar a planetei denumit Pmnt (Terra), alturi de aer i
de scoara terestr. Datorit faptului c cele trei componente prezint
continuitate pe planet, iar aceasta are forma general a unei sfere,
aceasta denumire s-a transmis i la cele 3 nveliuri: Litosfera,
Hidrosfera, Atmosfera. Aceeai repartiie cvasitotal o prezint i alte
componente derivate ale Pmntului, cum ar putea fi vieuitoarele
Biosfera. Prin coexistarea celor patru nveliuri exist, evident, i
puternice legturi de interdependen ntre acestea. n ceea ce privete
Hidrosfera, legturile acestui nveli cu celelalte sunt mai puternice
i aceasta se datoreaz unor proprieti speciale ale acestui element.
n primul rnd apa exist n natur sub toate cele trei stri de
agregare: lichid, gazoas (vapori de ap) i solid (ghea i zpad).
Aceasta face ca apa s prezint mai multe valene de interptrundere cu
celelalte nveliuri. Poate numai vieuitoarele (Biosfera), datorit
posibilitilor largi de adaptare i de organizare a formelor i
dimensiunilor, s prezinte astfel de valene largi de aprehensiune cu
celelalte elemente ale Terrei, dar nu depete totui posibilitile
apei. De exemplu, n inuturile foarte reci (polare), apa ocup calote
uriae de ghea, n timp ce organismele aproape lipsesc. Legturile
hidrosferei cu litosfera sunt multiple: ofer suportul pe care apa
poate exist sub toate cele trei stri de agregare: lichid (n mri i
oceane, cursuri de ap, lacuri, bli i mlatini, n porii i fisurile
rocilor etc.), solid (n gheari, zpezi persistente) i gazoas (n
vaporii de ap din atmosfer i din roci); dinamica sa, determinat de
agenii interni (forele endogene) contribuie la modificarea
contururilor unitilor acvatice, a formelor i dimensiunilor
acestora; modificri ale temperaturii apei i chiar la trecerea
acesteia din stare lichid n stare de vapori, sau invers, vaporii de
ap, ntlnind rocile reci, precipit sub form de rou sau brum;
Litosfera
Litosfera, prin
Litosfera, prin treapta geotermic sau prin fenomene magmatice
contribuie la
modelator de prim ordin asupra scoarei terestre cu aciune tripl:
eroziune, transport i acumulare, mai ales n stare lichid, dar i
solid;
Hidrosfera, la rndul su, reprezint un agent
Apa contribuie la dezagregarea i alterarea scoarei terestre; Apa
distruge, dar i creeaz formele de relief sub care se prezint
litosfera;
7 Legturile hidrosferei cu atmosfera sunt, de asemenea,
multiple: - Apa, exist n atmosfer sub form de vapori i n stare
lichid n picturile care formeaz norii i genereaz ploile; - Apa,
contribuie la circuitul apei n natur; - Elemente ale aerului
(oxigenul, azotul) se dizolv n ap i mpreun, contribuie la meninerea
vieii. Dac ne referim la interdependena dintre hidrosfer i biosfer
menionm numai faptul c viaa a aprut n ap i nu poate exista fr acest
lichid. Toate organismele conin ap n proporii diferite: unele pn la
peste 98 %. Din cele mai sus rezult c apa reprezint un nveli
continuu, complex i difereniat: mri i oceane, lacuri, ruri, gheari,
mlatini i bli, n roci i n atmosfer. Rezervele cele mai importante
de ap de pe Terra se gsesc n mri i oceane. Prin dizolvarea unor
sruri din roci, apele marine au o anumit ncrctur chimic, cu o
concentraie medie de 35 gr/l. Aceste concentraii sunt mai mari n
regiunile calde, tropicale i mai mici n regiunile reci, unde exist
un aport mai important de ap dulce din ruri: Ex. M. Baltic 14 18 ,
M. Neagr 24 25 , spre deosebire de Golful Oman unde salinitatea
depete 37 . Dei hidrosfera este un nveli cvasicontinuu, pe glob
repartiia acesteia prezint totui anumite grade de neuniformitate.
Astfel, dac ne referim la cele dou emisfere, nordic i sudic, se
poate constata c n emisfera nordic predomin ariile oceanice
(154.500.000 km2) fa de cele ale uscatului (100.500.000 km2) dar n
proporie mai mic (raport 1,5)fa de emisfera sudic unde suprafaa
oceanic (206.500.000 km2) este de 4,2 ori mai mare dect cea a
uscatului (48.000.000 km2). n ansamblu din suprafaa total a
globului terestru de 510 milioane kmp, uscatul reprezint 29,2 %
(149 milioane km2), n timp ce mrile i oceanele ocup 70,8 % (361
milioane km2). Numai Oceanul Pacific, singur, are o suprafa mai
mare dect a ntregului uscat. (178,7 milioane kmp). Dac am privi
emisferele globului pe un plan care ar avea n mijloc i n fa primul
meridian s ar putea observa c emisfera din fa este continental, n
timp ce emisfera din spate este oceanic. Punctul de privire ar fi
situat la 300 N pe primul meridian. Este poziia de maxim
disproporionalitate. n tabelul nr.1.1 sunt prezentate suprafeele
oceanelor i continentelor. Tabel nr.1.1. Suprafaa oceanelor i
continentelor (dup I. Piota i I. Buta, 1975) Oceanul Pacific
Atlantic Indian Arctic Total Supraf. mil. kmp 178,7 91,7 76,2 14,7
361,3 % 49,5 23,4 21,1 4,0 100 Continentul Asia Africa America de
Nord America de Sud Antarctica Europa Australia Oceania Total
Supraf. mil. km2 44,35 29,80 24,35 17,77 13,30 10,50 8,93 149,00 %
29,8 20,0 16,3 11,9 9,0 7,0 6,0 100
n ceea ce privete volumele de ap, exist de asemenea mari
disproporii ntre unitile acvatice. Procentual, situaia se prezint
astfel:
8 - mri i oceane - gheari - ape dulci - vapori - Total - 96,5 %
- 2,85 % - 0,62 % - 0,03 % - 100 %
n cazul apelor dulci, procentul de 0,62 % reprezint un volum de
315,2 x 103 km3 i se repartizeaz astfel: - n lacuri i bli 230.000
km3;
- n sol (umiditate natural) 82.000 km3; - n ruri 1.200 km3; -
apa biologic 2.000 km3Volumul de ap al Oceanului Planetar depete de
13 ori volumul uscatului situat deasupra nivelului general al
mrilor. Prin nivelarea tuturor formelor de relief s ar obine o
adncime medie a apei de 2718 m. Volumul apelor continentale
reprezint 3,47 % din volumul total de ap al globului, din care cea
mai mare parte o reprezint ghearii (2,85 %). Restul de numai 0,62 %
(lacurile i blile i cursurile de ap), dei infim fa de volumul total
de ap, prezint cea mai mare importan ca agent modelator i mai ales,
ca agent economic i ci de transport. Originea apei. n legtur cu
originea apei trebuie pornit de la formarea globului terestru n
cadrul sistemului planetar. Exist mai multe teorii n acest sens,
dar toate se pot grupa n dou categorii: ipoteza Pmntului iniial
rece i ipoteza Pmntului iniial fierbinte. n momentul de fa este
acreditat teoria Pmntului fierbinte, format n paralel cu celelalte
planete. Se pleac de la un nor cosmic eterogen (gaze i praf
cosmic), care iniial sufer o concentrare puternic, cu creterea
temperaturilor i a presiunilor devenind o stea. Transformarea
hidrogenului n heliu care se face cu mare degajare de energie,
asigur temperatura stelei respective care, n timp, a devenit un fel
de protosoare. Energiile uriae i agitaia continu a particulelor au
format n jurul protosoarelui un fel de inel compus din plasm cosmic
cu tendine centrifuge tot mai puternice. n urm cu cca. 6 miliarde
de ani, acest disc meninut gravitaional de ctre protosoare, dar
fiind tot mai departe de acesta, a nceput s se rceasc. Elementele
greu fuzibile s au transformat n praf cosmic care a nceput
concentrri locale i separri n cadrul inelului imens i au cptat
micri individuale de rotaie i astfel, acum cca. 5,5 miliarde de
ani, au aprut protoplanetele. Protopmntul (ca i celelalte
protoplanete) urmeaz n mic, aceeai evoluie ca i protoplanetele,
prin aglomerarea ntr-un nucleu propriu a unor pri din inelul
perisolar, n funcie de densitate, formnd mai nti mantaua interioar
apoi cea superioar. n timp, masa fluid interioar strpunge adesea
crusta superioar, mai rece, formndu se marile uniti geostructurale.
La aceasta se adaug ploile de meteorii. n aceast interferen continu
dintre agitaia ultrafierbinte din miezul planetei i rceala spaiului
cosmic s au sintetizat gaze (protoatmosfera) i lichide
(protohidrosfera) suprapuse peste o mas solid rcit
(protolitosfera). Evoluia a continuat, prin numeroase transformri
cantitative i calitative, pn ce s a ajuns la situaia actual. Deci
apa a aprut pe Terra n ultimele faze ale evoluiei acesteia, n
contextul impactului continuu dintre factorii interni, expansioniti
sub impulsul energiilor nucleare i mediul extern, mai rece i cu
valene de contractare i condensare. O parte din gazele fierbini
emanate dinspre interior au rmas n stare gazoas (atmosfera) iar o
alt parte, prin precipitare, a format hidrosfera care s a acumulat
n sectoarele mai joase ale litosferei.
9 La nceput exista un singur ocean (Panthalasa) i un singur
continent (Pangea). n timp ns Pangea sa fragmentat; iniial n dou
pri (Laurasia n nord i Gondwana n sud), apoi sau produs noi
fragmentri care au dus la situaia actual.
1.2. Circuitul apei n naturDup cum am vzut, apa are mare
rspndire n natur, iar faptul c este un element deosebit de mobil
(chiar i sub form de ghea, care prezint plasticitate), precum i
posibilitatea de a exista sub cele trei stri de agregare,
constituie argumente care fundamenteaz trecerea uoar a acestui
lichid dintr o zon n alta, din mediul marin n cel terestru i
aerian, ntr o circulaie permanent pe orizontal i pe vertical. Apa n
stare gazoas (vapori) se ntlnete n atmosfer, n sol i n porii i
fisurile rocilor. Apa n stare lichid, ocup imensele suprafee
oceanice i marine,lacurile, blile, mlatinile i albiile rurilor de
pe scoara terestr, n interiorul rocilor (apa de constituie,
pelicular, pnze freatice) i chiar n atmosfer (n picturile de
ploaie, nori, cea etc.). Apa n stare solid se gsete n ghearii
continentali i n banchizele marine, n zpezile persistente i n
ghearii montani, n zpada i gheaa sezonier din regiunile temperate.
Cantitatea de vapori de ap din atmosfer prezint variaii foarte
mari, cei mai muli fiind cantonai n partea inferioar, pn la 2000
3000 m altitudine. La nlimi de peste 10 15 km, cantitatea de vapori
scade foarte mult, pn la dispariie total. Elementele de baz care
condiioneaz circuitul apei n natur sunt reprezentate prin
evaporaie, condensare i precipitaii. La acestea, trebuie menionat i
procesul scurgerii (valabil numai pe ariile continentale), care
nchide inelul de circuit.
1.2.1. EvaporaiaReprezint un proces natural n baza cruia apa din
mri i oceane, din roci i biosfer trece din stare lichid n stare
gazoas (vapori), n contact cu aerul atmosferic. Atunci cnd zpada
sau gheaa trec direct n stare de vapori, fr a se topi n prealabil,
fenomenul se numete sublimare. Avnd n vedere faptul c i prin
transpiraia plantelor i animalelor se degaj vapori de ap, care se
asociaz cu cei provenii direct de pe suprafeele lichide, fenomenul
se trateaz de regul integral, sub denumirea de evapotranspiraie.
Factorii care controleaz evapotranspiraia sunt deosebit de
compleci, ntre care temperatura aerului deine rolul predominant. La
aceasta se adaug: - vntul, care accentueaz procesele de
evapotranspiraie;
- umiditatea atmosferic, prin care se diminueaz aceste fenomene;
- expunerea versanilor sau a formelor de relief condiioneaz, la
rndul su, radiaia solar(temperatura) i umiditatea atmosferic; -
concentraia n sruri a apei oceanelor sau lacurilor, n cazul
suprafeelor acvatice;
- solul influeneaz prin albedou; - relieful prin expunere,
fragmentare, altitudine; - vegetaia prin evapotranspiraie specific
i prin natura albedoului;
10 antropice, prin construirea unor uniti acvatice suplimentare,
prin spaiul cldit, prin activiti economice cu degajare de vapori
sau temperatur, prin densitatea populaiei etc. Valorile evaporaiei
se situeaz sub cele ale precipitaiilor, n zone ecuatoriale,
temperate umede, montane nalte, subpolare sau deasupra acestora, n
regiuni aride, semiaride i temperat continentale. Pe teritoriul
Romniei evapotranspiraia se afl, n general, ntr un anumit echilibru
cu precipitaiile, cu variaii n plus (n zonele de SE) i n minus (n
zonele deluroase nalte i montane). Cteva exemple privind valoarea
evapotranspiraiei: Buftea 563 mm; Cluj Napoca 516 mm; Tg. Mure 519
mm; Oradea 471 mm; Arad 552 mm; Piteti 502 mm; Constana 600 mm;
Bucureti 590 mm. Cnd am vorbit despre factorii naturali care
influeneaz evaporaia am menionat i To umiditatea C 1,10 - 20
atmosferei. Capacitatea atmosferei de a absorbi n coninutul su
vapori de ap este dependent, la rndul su, de temperatura aerului.
Pentru fiecare temperatur exist un -15 1,61 anumit volum de vapori
care poate fi coninut n aer. Valoarea maxim a acestui volum se 2,38
-10 numete saturaie i reprezint un prag peste care vaporii, noi
adugai, precipit. Fig.nr.1.1.)Temperatura
- interveniile
Figura nr. 1.1. Cantitatea de vapori de ap coninut de aerul
saturat, la 6,81 5 diferite temperaturi ale aerului (dup 9,42 S.V.
Kalesnik) 10 Dependena evaporaiei de mai multe elemente de control
zonale conduce la faptul c i 12,85 15 aceasta prezint, la rndul su,
caracteristici care permit zonalitatea sa latitudinal i 17,32 20
altitudinal. Pe latitudine, variaiile sunt deosebit de numeroase
din cauza interdependenei 23,07 25 continui dintre temperatur i
umiditate. Exemple: 30,00 30 Zona ecuatorial: temperatur mare,
umiditate mare, evaporaie relativ mare Saturatie g/m3 exces de
umiditate; - Zone tropicale: temperaturi mari, umiditate redus,
evaporaie excesiv aridizare, uneori extrem; - Zone temperate:
temperaturi moderate, umiditate variabil n funcie de poziia fa de
oceane, evaporaie medie un echilibru hidric cu bilan negativ n zone
continentale i pozitiv n zone oceanice; - Zone peripolare:
temperaturi sczute, umiditate mare, evaporaie redus exces de
umiditate. Pentru Romnia, teritoriul, redus ca suprafa, face ca
predominant s fie zonalitatea altitudinal.0 4,85
-5
3,42
1.2.2. Condensarean momentul n care atmosfera ajunge la saturaie
n vapori de ap, acetia ncep s condenseze sub form de picturi sau (n
norii foarte nali) sublimeaz sub form de ghea. Scderea temperaturii
aerului poate fi determinat de: - contactul aerului cu suprafee
reci; - amestecul maselor de aer cu temperaturi diferite; -
iradiaia scoarei terestre, pe timp senin; - prin dilatare i rcire
(adiabatic); De regul, condensarea este uurat de existena unor
particule solide n atmosfer (praf, fum, polen, spori, etc.). Fr
aceste particule aerul se suprasatureaz.
11 Condensarea se face prin: - rcire direct odat cu trecerea
maselor de aer n zone mai reci, sau prin iradiere. Produce
precipitaii reduse, rou, brum; - prin amestecul a dou mase de aer
cu temperaturi i umiditi diferite: Se produc precipitaii puine.
Prin condensare se produce cea i nori. Ceaa este un fenomen
caracteristic pturilor inferioare ale atmosferei i se formeaz prin:
- rcirea accentuat a scoarei terestre; - trecerea aerului cald i
umed peste suprafee mai reci; - diferena de rcire dintre aer i
scoara terestr; - prezena impuritilor (praf, fum, funingine) cea
industrial. Norii se formeaz la nlime prin condensarea (sublimarea)
vaporilor de ap n anumite condiii; - contactul dintre o mas de aer
cald i umed cu alta rece; - simpla scdere a temperaturii aerului.
Diametrele picturilor de ap din nori variaz ntre 0,05 mm i 0,1 mm.
Cele mai mari cad pe pmnt sub influena gravitaiei, sub form de
burni. Norii foarte nali sunt alctuii din cristale de ghea. Dup
structura i forma n plan norii se mpart n: - nori Cirrus, foarte
nali, albi sidefii, aproape transpareni. Sunt alctuii din cristale
de ghea; - nori Stratus dispui ca nite straturi uniforme, de
culoare omogen. Altitudinea lor este de cca. 2000 m; - nori
Cumulus, formai prin convecia maselor de aer. ncep prin a marca un
timp frumos. Adesea se dezvolt mult pe nlime, trec de la o culoare
alb cenuie la una nchis i genereaz ploi bogate; - nori Nimbus se
formeaz pe timp de furtun. Aduc ploi bogate, amenintoare, cu multe
fenomene electrice. Nebulozitatea reprezint gradul de acoperire a
cerului cu nori i se msoar n grade de la 0 (senin) la 10 (total
acoperit). Pe glob, nebulozitatea medie anual are urmtoarele
valori: - n zona ecuatorial 5,5 6,0; - la tropice (20 30 lat. N i
S) 4,0 4,5; - la latitudini mijlocii i mari 6,5 7,0.
1.2.3. Precipitaiile atmosfericePrecipitaiile reprezint, ca i
temperatura aerului, un element deosebit de important pentru
caracterizarea unui regim climatic. Se formeaz prin condensarea
vaporilor de ap la atingerea pragului de saturaie i pot fi: -
precipitaii atmosferice (ploaie, ninsoare, grindin), care cad pe
pmnt din nori, sub influena gravitaiei; - precipitaii la sol (rou,
brum, chiciur). Acestea se formeaz prin condensarea la sol, la
nivelul vegetaiei sau a unor obiecte, a vaporilor, prin rcire.
Factorii care determin formarea ploilor, distribuia i cantitatea
acestora sunt numeroi, dar cei mai importani sunt: - relieful, prin
altitudine, care formeaz ploi orografice;
12
- convecia (nlarea) i rcirea maselor de aer care formeaz ploi de
convecie; - deplasarea maselor de aer, n special atunci cnd aerul
cald escaladeaz masele deaer mai reci i mai stabile, cnd se formeaz
ploi de front (frontale). Pe glob, precipiaiile au o repartiie
zonal, dar intervin numeroi factori care i impun amprenta pe aceast
zonalitate. Acetia sunt: temperatura aerului, vnturile, deprtarea
de oceane i mri, relieful prin altitudine, fragmentare, orientare i
dispunere, curenii oceanici, vegetaia etc. Toate acestea introduc
modificri asupra caracterului zonal al precipitaiilor de pe
suprafaa globului. n aceast repartiie, exist i extreme, cum ar fi:
- valori maxime: Cerapundji India 12.655 l/m2 (sau mm); Debundja
Camerun 12.090 mm; Anori Columbia 7.139 mm; San Juan del Sur
Nicaragua 6.588 mm. Valorile se consider pe un an calendaristic. -
valorile minime n deerturi: 200 300 mm/an i sub aceast valoare. n
ara noastr, regimul precipitaiilor respect zonalitatea vertical.
Cele mai mari cantiti anuale cad pe munii foarte nali, pn la 1.200
mm, iar cele mai mici, n partea de SE a rii i n Dobrogea (350 450
mm).
1.2.4. Scurgerea apeiReprezint un element suplimentar, deoarece
nu se realizeaz prin trecerea apei de la o stare fizic la alta, dar
asigur un echilibru ntre uscat i oceane i contribuie la completarea
rezervelor de ap din Oceanul Planetar, pierdute prin evaporaie.
Restul se realizeaz prin ploi care cad direct pe suprafaa mrilor i
oceanelor.
1.2.5. Circuitul apei n naturDin cele prezentate mai sus, rezult
c apa de pe Terra se afl ntr-o continu micare, care pn la urm
prezint un caracter nchis: evaporaie precipitaii scurgere. Apa se
evapor de pe mri i oceane i de pe suprafaa uscatului. Masele de aer
umede sunt transportate de ctre vnturi pe teritorii nvecinate, apoi
precipit. O parte din ploi cad tot pe oceane i mri, respectiv pe
continente i se realizeaz un prim circuit: circuitul mic sau local.
Masele de aer care sunt transportate de deasupra oceanelor pn
deasupra continentelor sau invers, realizeaz un al doilea circuit
al apei: circuitul mare (general sau global). Schemele celor dou
circuite se prezint n Figura nr. 1.2.
13 Figura nr. 1.2. Circuitul apei n natur Bilanul circuitului
universal al apei n natur Prin circuitul apei n natur se realizeaz
deplasarea acesteia sub cele trei stri de agregare, dintr-o parte n
alta a suprafeei terestre, de pe mri i oceane i de pe continente n
atmosfer i de aici, din nou pe suprafaa globului. Faptul c, n timp,
nu s-au constatat modificri semnificative ale nivelului general al
oceanului, nseamn c exist un echilibru ntre elementele circuitului,
respectiv ntre evaporaie, pe de o parte i precipitaii i scurgere pe
de alt parte. Pe aceast baz s - au putut formula ecuaiile bilanului
circulaiei apei din natur: - Pentru oceane i mri: Z o = Xo + Y -
Pentru uscat: ZC = XC - Y Pe ansamblu, nsumnd cele dou egaliti se
obine: Z O + Z C = XO + XC unde: Z = evaporaia X = precipitaiile Y
= scurgerea O = oceane, mri C = continente Se poate constata c
elementele principale ale circuitului apei n natur sunt evaporaia i
precipitaiile care, considerate n timp, sunt sensibil egale.
Celelalte verigi ale circuitului (deplasarea vaporilor de ap
spre/de la ocean spre uscat i scurgerea apei sub toate formele sale
de fapt tot o translaie) sunt verigi care completeaz acest circuit,
n fond foarte complex. Pentru regiunile exoreice ecuaia bilanului
poate fi scris sub forma: Zc = Xc Y. Aportul de ap pe care reeaua
hidrografic l aduce n ocean reprezint 3/100.000 din volumul
acestuia. Bazinul oceanului planetar ar putea fi umplut de ctre
ruri n cca. 33.000 ani. Pentru zonele endoreice ecuaia bilanului
este: Ze = Xe, adic apa evaporat este n medie egal cu cea czut sub
form de precipitaii (cca. 8.000 km3). n cazul acestor zone sunt
posibile diferenieri periodice determinate de fenomene de aridizare
sau de cretere a umiditii generale a aerului. De aceea o formul mai
realist ar fi: Xe = Ze W.
1.3. Sistemul hidrologic. tiinele hidrologice. Raporturile
hidrologiei cu alte tiineApele ocup 2/3 din suprafaa globului
pmntesc (dein deci ponderea care i confer i denumirea de Planeta
albastr) i prezint o importan deosebit economic, social i pentru
alimentarea populaiei. Resursele de ap ale Terrei sunt utilizate
pentru transporturi, n industrie (ca ape de rcire i ca materie
prim) n agricultur (irigaii, alimentarea animalelor, salubrizare),
pentru but, ca mijloc de agrement i pentru ntreceri sportive,
salubrizare general i meninerea cureniei i igienei etc. Apa nseamn
via. Este un regulator climatic. Aceste deosebit de numeroase
posibiliti de valorificare a apei presupun n mod inevitabil i o
cunoatere ct mai amnunit a condiiilor de formare i de existen a
unitilor acvatice, a proprietilor lor i identificarea tuturor
posibilitilor de investigare, care
14 s permit valorificarea acestor resurse, n mod durabil i n
concordan cu pstrarea virtuilor lor de calitate.
1.3.1. Definiia hidrologieiObiectul care studiaz toate aceste
aspecte cantitative i calitative ale apelor Terrei se numete
Hidrologie. Denumirea vine din combinarea a dou noiuni greceti:
hydros = ap i logos = tiin, vorbire; deci Hidrologia este tiina
despre ap i face parte din grupa tiinelor naturii, fizico
geografice. De-a lungul timpului definiia hidrologiei a cunoscut
modificri i completri, urmrindu-se ca aceasta s fie ct mai clar,
mai concis i totodat, ct mai cuprinztoare n coninut. ntre
definiiile hidrologiei menionm cteva: STAS 5032-55: Hidrologia este
tiina care studiaz geneza i regimul apelor de la suprafaa Pmntului;
Consftuirea experilor hidrologi din rile membre ale ONU, Paris
1963: Hidrologia este tiina apelor, a formelor lor de existen, a
circulaiei i rspndirii lor pe glob a proprietilor lor fizice i a
interaciunii lor cu mediul, a modului n care rspund ele la
activitatea omului. I. Piota i I. Buta, 1975: Hidrologia este tiina
care studiaz proprietile generale ale apelor din natur, ale
unitilor acvatice (oceane, mri, lacuri, ruri i gheari), legile
generale care dirijeaz procesele din hidrosfer, ct i influena
reciproc dintre hidrosfer, atmosfer, litosfer i biosfer; I.
Vladimirescu 1978: Hidrologia este o tiin a naturii care studiaz
formarea, circulaia i distribuia apelor, aciunea lor mutual cu
mediul nconjurtor i cu diverse activiti umane.
-
-
1.3.2. Ramurile hidrologiei. tiinele hidrologice.Varietatea mare
a unitilor hidrologice ale Pmntului, proprietile complexe ale apei,
particularitile sale termice i dinamice, posibilitile largi de
valorificare, existena vieii din ap i utilizarea masei biotice,
necesitatea pstrrii n condiii de curenie i igien a resurselor de ap
i multe alte probleme specifice impun o diversitate de specializri
ale Hidrologiei pe direcii principale de cercetare. n plus, anumite
ramuri ale Hidrologiei au devenit, ele nsele, tiine de sine
stttoare. Aceast mare varietate a specializrilor hidrologice a dus
la abordri diferite, de ctre specialiti, a principiilor de
stabilire a criteriilor de submprire pe ramuri. O prim divizare a
Hidrologiei s-a fcut n funcie de natura unitilor acvatice care sunt
studiate. Se pot deosebi astfel: (I. Piota i I. Buta, 1975; C.
Savin, 2001) a) Hidrologia uscatului; b) Hidrologia mrilor i
oceanelor (Oceanologia). n cazul n care ne referim la aspectele
descriptive, teoretice ale Hidrologiei termenul utilizat este
Hidrografia care, de asemenea se submparte n: a) Hidrografia
uscatului; b) Hidrografia mrilor i oceanelor (Oceanografia). n
cazul Hidrologiei uscatului, unde exist o mai mare varietate a
unitilor acvatice s-au separat urmtoarele ramuri: a) Potamologia,
sau hidrologia rurilor (potamos = ru) care cerceteaz apele
curgtoare de pe continente; b) Limnologia, sau hidrologia lacurilor
(limnos = lac), care se ocup cu studiul diverselor tipuri de lacuri
naturale i artificiale (acumulri);
15
c) Telmatologia, sau hidrologia mlatinilor; d) Hidrogeologia,
care studiaz dispunerea,
dinamica i regimul apelor subterane, freatice i de adncime
(arteziene, subarteziene, ascensionale), respectiv apele din scoara
terestr; e) Glaciologia, care se ocup cu studiul ghearilor i al
zpezilor; o ramur care studiaz instrumentele, aparatele, mijloacele
i metodele de determinare cantitativ i de prelucrare primar a
elementelor hidrologice ale apelor. Hidrometria servete pentru
monitorizarea cantitativ a resurselor de ap. n ultimele decenii, la
aceste ramuri s-au adugat altele noi, ca urmare a ngustrii
domeniilor de specializare, cerute de practicile curente; g)
Hidrologia agricol, care se ocup cu studiul apelor din arealele
agricole;
f) Hidrometria
h) Hidrologia versanilor (interfluviilor); i) Hidrologia urban,
care studiaz particularitile resurselor de ap din perimetreleintens
populate, care sunt supuse unor presiuni antropice deosebit de mari
n ceea ce privete regimul lor de evoluie cantitativ i calitativ.
Ali autori (I. Vladimirescu, 1978), respectnd principiile de baz
ale submpririi menionate mai sus, consider c, n prezent, studierea,
sub aspectele cele mai generale ale apelor pe toate spaiile
Pmntului revine unei tiine numit Hidrologia fizic sau Hidrologia
global. Prin cercetri asupra proceselor fizice generate de energia
solar, ca i a celor din atmosfer i din scoara terestr, aceast tiin
studiaz circulaia global a apelor, a curenilor din atmosfer i a
celor din mri i oceane, dinamica de ansamblu a cldurii globale,
etc. n cadrul Hidrologiei globale sau separat tiine hidrologice
caracteristice apelor din fiecare spaiu al planetei noastre: a.
Hidrologia uscatului sau Hidrologia care se ocup cu studiul apelor
de suprafa: ruri, lacuri, ape subterane de mic adncime, cu ramuri
care au devenit, la rndul lor, tiine aparte: a1. Potalmologia tiina
cursurilor de ap; a2. Limnologia studiul lacurilor i blilor; a3.
Criologia tiina hidrologic a apelor aflate sub form de ghea i
gheuri polare. b. Oceanografia sau Oceanologia, care se ocup cu
studiul mrilor i oceanelor; c. Hidrogeologia studiul apelor
subterane de mare adncime ale litosferei; Hidrometeorologia (ramur
a Meteorologiei) se ocup cu studiul apelor din spaiul atmosferei.
Conform autorului (prere confirmat, de altfel i de practic) toate
aceste ramuri sunt tiine de sine stttoare cu obiective i
metodologii proprii. Ele sunt ns ntr o strns interdependen datorit
extremei mobiliti a apelor care pot trece cu uurin de la un spaiu
(sau subspaiu) la altul. De asemenea fiecare din aceste ramuri
(tiine) folosesc cunotine de grani din domenii mai mult sau mai
puin nvecinate: fizic, geofizic, chimie, hidraulic, geomorfologie,
geologie, biologie, economia apelor, hidrotehnic, manangement,
matematic (n special teoriile i aplicaiile statistice
matematice).
d.
16
1.3.3. Raporturile hidrologiei cu alte tiineNivelul deosebit de
avansat la care se situeaz n prezent tiinele naturii, dar i cele
umane, economice i sociale, face ca, inerent, obiectele lor de
studiu s fie (cel puin n anumite limite) comune, iar diferenierele
s se refere mai mult la direciile de abordare. n acest context, apa
elementul cel mai comun i totui att de important este studiat i de
alte ramuri ale tiinei, multe dintre ele desprinzndu se nc mai
demult chiar din hidrologie. Legturile cele mai strnse se pun n
eviden ntre Hidrologie, pe de o parte i Meteorologie i
Climatologie, pe de alt parte. Atmosfera conine importante cantiti
de vapori care provin din ap i se ntorc, prin precipitaii, tot n
ap. Precipitaiile constituie sursa de alimentare a cursurilor de
ap. La rndul lor, variaiile temperaturii aerului influeneaz n mod
direct regimul termic al apelor i cel al fenomenelor de nghe.
Raporturile Hidrologiei cu Geomorfologia sunt, de asemenea, foarte
strnse i de interdependen. Apa este un agent modelator de prim
mrime i creeaz, n linii mari, fizionomia reliefului, acionnd n
contradicie cu forele morfogenetice endogene. Corpurile de ap (mri,
oceane, lacuri, ruri etc.) sunt, la rndul lor, instalate pe scoara
terestr, iar dimensiunile i formele lor depind n mare parte de
relief. Cu Geologia, legturile sunt de asemenea evidente. Apele
subterane sunt cantonate n diferite formaiuni geologice i ntre ele
i rocile mam exist o strns interdependen. Pedologia este o tiin cu
largi valene orientate spre Hidrologie deoarece apa este un element
indispensabil pentru formarea solurilor iar acestea, la rndul lor,
sunt primele formaiuni care sufer impactul precipitaiilor i al
eroziunii fluviale, considerate ca ageni modelatori hidrici. Apa
determin procesele de salinizare i turbifiere din sol. n ceea ce
privete relaiile cu Biologia, trebuie precizat c primele forme de
via au aprut n mri i oceane, dup care acestea au evoluat i s-au
rspndit pe toat suprafaa globului, n toate mediile: acvatic,
terestru i aerian. Apa este un mediu de via deosebit de propice i n
cuprinsul corpurilor acvatice se ntlnesc cele mai multe specii de
plante i animale de care se ocup Hidrobiologia. Practic, ntr-un fel
sau altul, Hidrologia are legturi mai mult sau mai puin strnse cu
toate celelalte tiine ale naturi, deoarece este un element natural
foarte rspndit, deosebit de mobil, trece uor dintr-o stare de
agregare n alta i este strict necesar vieii. Hidrologia are ns
legturi strnse i cu numeroase tiine (discipline) tehnice care
studiaz apa din alte puncte de vedere: - Hidrofizica- studiaz
proprietile fizice ale apei;
- Hidrochimia - studiaz proprietile chimice ale apei; -
Hidraulica - studiaz legile micrii i echilibrelor lichidelor
(apei); - Hidroenergetica - studiaz apa ca potenial energetic
utilizabil; - Hidrotehnica - studiaz tehnica lucrrilor legate de
ap; - Tectonica - studiaz, printre altele i deplasrile albiilor
cursurilor de ap n planorizontal sau vertical.
1.3.4. Obiectivele de baz ale HidrologieiDac ne referim la
Hidrologie n ansamblu putem face precizarea c n stabilirea
obiectivelor de baz, trebuie s facem distincie ntre marile uniti
acvatice, fapt de care omul n virtutea situaiilor de fapt se
comport n mod diferit. Aa cum se prezint lucrurile, aparent numai
apele dulci par a se bucura de o atenie deosebit, deoarece ele sunt
cel mai legate de activitile umane. O astfel de abordare este numai
parial adevrat, deoarece aici
17 totul pare a fi mai la ndemn, dar n fond toate apele planetei
(i de fapt, toat planeta) sunt supuse unor cercetri minuioase, pe
baza unor obiective clare, bine fundamentate i aplicnd
metodologiile cele mai adecvate i, mai recent, tot mai sofisticate.
Vom ncerca s trecem n revist cteva din aceste obiective, cu o
detaliere mai mare n cazul apelor continentale (n special ruri i
lacuri).
A.
n Oceanologie: - continuarea cercetrilor privind extinderea,
contururile, limitele, adncimea i morfologia bazinelor oceanelor i
mrilor; - precizarea mai bun a rolului curenilor oceanici n
determinarea climatelor locale, zonale i regionale; - identificarea
unor noi legturi ntre dinamica apei oceanelor i dinamica
atmosferei, pentru clarificarea unor probleme practice deosebite
(Triunghiul Bermudelor, fenomenul El io, musonii, taifunuri,
uragane, tornade) i gsirea unor metode de prognoz i prevenire; -
sprijinirea teoretic i practic a cercetrilor hidrologice pentru o
mai bun cunoatere a masei biologice i a posibilitilor sale de
valorificare; - sprijin teoretic i practic pentru cercetrile
mineralogice, pentru identificarea i valorificarea mineralelor
utile, inclusiv a petrolului; - precizarea unor noi direcii de
dezvoltare a cercetrilor hidrologice efectuate n sprijinul
valorificrii energetice a curenilor marini, valurilor i mareelor, a
creterii posibilitilor de transport marin i de agrement pe mri i
oceane; - furnizarea elementelor hidrologice necesare cercetrilor
privind poluarea apelor marine i a precizrii metodelor de depoluare
i de dezvoltare durabil a mediului marin. n Hidrologia uscatului: -
continuarea cercetrilor privind monitorizarea reelei hidrografice i
a lacurilor (inclusiv a acumulrilor = lacuri antropice) pentru
precizarea mai bun a regimului scurgerii, pe fazele sale: -
scurgerea medie pentru precizarea potenialului hidroenergetic i a
volumului resurselor disponibile; - scurgerea maxim pentru
determinarea parametrilor viiturilor, a propagrii acestora n
condiiile amenajrii complexe a reelei hidrografice i pentru
furnizarea informaiilor de baz i operative necesare n aprarea
mpotriva inundaiilor; - scurgerea minim pentru fundamentarea
condiiilor de gestionare a lipsei de ap, a programelor de restricie
i a necesarului de lucrri pentru asigurarea resurselor de ap n
orice condiii; - cunoaterea tranzitului de aluviuni i a
modificrilor introduse de activitile antropice n formarea i regimul
acestora; impactul acumulrilor asupra transportului solid. -
prognoze hidrologice de toate tipurile; - cunoaterea impactului
antropic asupra regimului scurgerii (cantitativ i calitativ) i
identificarea soluiilor pentru eliminarea situaiilor critice; -
trecerea la monitorizarea hidrologic automat; - cunoaterea
fenomenelor de colmatare a acumulrilor i precizarea condiiilor de
evitare sau de reducere a acestora;
B.
18
- dezvoltarea ramurilor practice ale hidrologiei: hidrologia
agricol, urban, a pdurilor,hidrometria pe baza unor principii noi i
a unor metodologii i aparatur adecvat; - aplicarea Directivei
2000/60 UE pentru integrarea metodologiilor existente de cercetare
n viziunea general, european, n vederea gestionrii i valorificrii
durabile a resurselor de ap: - precizarea corpurilor de ap i a
individualitilor proprii acestora (limite, categorie altitudinal,
natura terenului, particulariti climatice i ale regimului de
scurgere, limitele (intervalele) de manifestare a fenomenelor
monitorizate, etc.; - identificarea elementelor biologice care
reprezint indicatori ai strii de calitate i precizarea celor care
definesc o stare bun de calitate a apei; - transpunerea tuturor
elementelor necesare definirii corpurilor de ap naturale sau supuse
impactului antropic n sisteme GIS.
1.3.5. Metode de cercetareHidrologia face parte din categoria
tiinelor naturii, mai precis a tiinelor geografice i ca urmare
utilizeaz cea mai mare parte a metodelor de cercetare a acestor
tiine: observaia, comparaia, descrierea, experimentare i explicaia.
n plus, n hidrologie, sunt foarte mult utilizate msurtorile. Toate
aceste metode se completeaz reciproc i se succed, n bun parte, de
la cele mai simple, ctre cele mai complicate. Observaiile se fac
att pe teren ct i pe hri. Pe teren se identific elementele de
hidrografie (corpurile acvatice) de diferite dimensiuni.
Observaiile pot fi efectuate staionar sau pe direcii de deplasare.
La reeaua hidrografic se observ dimensiunile, aspectul traseului
(rectiliniu, meandrat, despletit), nlimea malurilor, transportul
solid, eventuale poluri, stadiul de amenajare complex, lucrri de
aprare mpotriva inundaiilor, diguri, consolidri de maluri,
regularizri i rectificri ale cursurilor de ap etc.). n cazul
lacurilor sau a mlatinilor exist de asemenea o serie de aspecte
care pot fi observate direct. Observaiile pe hart spre deosebire de
cele de pe teren care se fac n orizonturi locale cuprind areale mai
mari ceea ce face ca aspectele surprinse s fie mai generale i mai
sintetice: forma i dimensiunile corpurilor acvatice, modul lor de
dispunere n plan geografic, aspectul reelei hidrografice, tipul
etc. Observaiile pe hart pot conduce mai uor la generalizarea
elementelor geografice respectiv hidrologice. De regul, observaiile
de pe teren se completeaz cu cele de pe hart i invers. Comparaia
este o metod inerent oricrei tiine, deoarece intervine practic n
orice situaie. Orice observare i descriere a unui fenomen este
nsoit de comparaii pentru a i se distinge personalitatea i
particularitile proprii. Prin comparaie se realizeaz, pn la urm,
clasificrile i taxonomizrile corpurilor acvatice. Descrierea,
presupune prezentarea faptic a particularitilor de form, aspect,
mrime, dinamic etc. ale elementelor hidrografice. Descrierea
reprezint o faz acumulativ de caracteristici, care permite apoi
trecerea spre metode superioare de cercetare: analiza, sinteza,
experimentul. Analiza i sinteza sunt metode de baz de cercetare
care le includ, n bun parte, pe cele menionate mai sus. n analiz se
folosete observarea, comparaia, descrierea, msurarea etc. n scopul
obinerii unui numr ct mai mare de informaii care s permit o anumit
sistematizare i ierarhizare pentru precizarea unor trsturi
specifice. Sinteza desprinde
19 particularitile generale, specifice hidrologiei i asigur
legturile de intreptrundere cu tiinele nvecinate. Multe dintre
elementele precizate prin analiz i sintez se concretizeaz n hri
hidrologice (harta scurgerii, zonarea unor parametri specifici
etc.). Analiza i sinteza servesc i pentru activiti curente de
gospodrire a apelor (evaluarea potenialului, prognoze hidrologice,
planuri de aprare mpotriva fenomenelor meteorologice periculoase,
planuri de consum i de restricii la consum, grafice de exploatare a
acumulrilor etc.). Msurtorile hidrometrice. Monitorizarea
hidrologic se aplic n cazul a numeroase elemente specifice i
folosete pentru cunoaterea regimului scurgerii apei i aluviunilor
din reeaua hidrografic, dinamica apei din mri, oceane i lacuri,
adncimea de ptrundere a luminii, starea de calitate a apei,
temperatura etc. Experimentul este o metod care n ultimul timp se
aplic tot mai mult, prin msurtori efectuate n teren sau n
laborator, sau prin simulri pe modele. Avnd n vedere faptul c
Hidrologia este o tiin cu multe valene practice, direciile de
aplicare a experimentelor sunt numeroase. Experimentele leag cel
mai bine Hidrologia de alte tiine, mai mult sau mai puin nrudite, n
special cu Hidraulica, Hidroenergia, Climatologia, Pedologia,
tiinele agronomice i silvice etc. Experimentele hidrologice se fac
pentru cunoaterea posibilitilor de transport pe ap, a potenialului
hidroenergetic al valurilor, curenilor, mareelor, rurilor, a
relaiilor ploaie scurgere, a propagrii viiturilor, a tranzitrii
apei i aluviunilor prin lacuri de acumulare etc. Aplicaiile pe
calculator sunt, n prezent, experimentele cel mai frecvent
utilizate i exist deja numeroase programe elaborate.
1.4. Managementul i valorificarea resurselor de apGospodrirea
apelor este o desfurare de aciuni tehnice, economice i sociale
care, dup Gh. Creu (1976) se exprim prin relaia:
unde: D = disponibil de ap cantitativ (Q) i calitativ (C) creat
prin msuri de gospodrire a apelor; N = necesarul de ap cantitativ
(Q) i calitativ (C) pentru satisfacerea folosinelor i pentru
combaterea efectelor duntoare ale apelor. Gospodrirea apelor
studiaz un ansamblu de msuri i lucrri organizatorice, tehnice i
economice, necesare pentru satisfacerea cerinelor de ap, pentru
stpnirea apelor prin prevenirea i combaterea aciunilor duntoare ale
acestora, pentru protecia calitii apelor i conservarea resurselor
de ap n vederea folosirii lor de ctre generaiile urmtoare i pentru
regenerarea apelor (I. Giurma, 2000). Ramurile gospodririi apelor
sunt (dup I. Teodorescu, .a., 1973) urmtoarele: - gospodrirea
apelor meteorice; - gospodrirea apelor de suprafa (scurgerea pe
versani, ape curgtoare de suprafa, lacuri i bli, mri i oceane); -
gospodrirea apelor subterane (freatice i de adncime); - gospodrirea
ghearilor. La acestea se mai poate aduga i gospodrirea zonelor
umede. Fiecare din aceste ramuri se refer la dou aspecte ale
gospodririi apelor: cantitativ i calitativ. Odat cu amenajarea
cursurilor de ap sub form de acumulri s-a dezvoltat, ca o msur
distinct, gospodrirea debitelor solide pentru folosine (balastiere,
cariere de nisip sau de luturi etc.) sau pentru combaterea
efectelor duntoare (colmatarea albiilor i a acumulrilor).
D ( Q , C ) N ( Q, C ) ,
20 n ceea ce privete valorificarea resurselor de ap, domeniile
sunt foarte largi. Enumerm cteva: transporturi, hidroenergie,
procese tehnologice cu rcire, materie prim, agricultura,
potabilitate, agrement etc.
1.5. Directiva Cadru 2000/60 EC a Uniunii Europene n domeniul
apeiIntegrarea, n perspectiv, a Romniei n structurile Uniunii
Europene presupune abordarea problemelor de gospodrire a apelor n
context general. Directiva Cadru 2000/60 EC a Uniunii Europene,
elaborat de Parlamentul i Consiliul Europei, stabilete un cadru de
aciune pentru rile Uniunii Europene n domeniul politicii apelor.
Are ca scop aplicarea unui complex de msuri care s conduc la
atingerea cel puin a unei stri bune a tuturor cursurilor de ap
europene ntr-un anumit interval de timp. Se poate constata
necesitatea dezvoltrii durabile a tuturor ramurilor economice i
sociale consumatoare de ap, pentru meninerea unei stri normale de
calitate a apei i pentru protejarea resurselor pentru generaiile
viitoare. Obiectivele principale ale Directivei Cadru sunt: -
Protecia mediului; - Asigurarea alimentrii cu ap potabil; -
Asigurarea alimentrii altor folosine; - Reducerea consecinelor
inundaiilor i secetei. Pentru realizarea acestor obiective
Directiva definete cadrul parial n care trebuie s se desfoare
aciunile i propune crearea unei entiti administrative districtul
hidrografic care reprezint un teritoriu corespunztor unui bazin sau
grup de bazine hidrografice vecine, mpreun cu apele subterane i
costiere asociate. Se observ tendina de abordare integral a apelor
(din ruri, subterane, litorale) n msura n care necesitile economice
o impun i de renunare, ntr-un fel, la limitele naturale ale
unitilor acvatice. Conform Directivei, unitile hidrografice
(elementele acvatice) sunt denumite corpuri de ap. ntr-o prim
clasificare corpurile de ap pot fi de suprafa i subterane. Apele de
suprafa nseamn toate apele dintr-un district, cu excepia celor
subterane: ruri, lacuri, apele tranzitorii (de la gurile de vrsare
n mare = parial saline) i apele costiere (litorale, pn la o mil
deprtare de rm). Tot n categoria apelor de suprafa mai sunt incluse
corpurile de ap artificiale sau corpurile de ap intens modificate.
Apele subterane nseamn toate apele aflate sub suprafaa terenului n
zona de saturaie i n contact direct cu solul sau subsolul. Pentru
fiecare categorie de ape de suprafa, corpurile de ap relevante din
cadrul districtului (bazinului) hidrografic, trebuie s fie
difereniate corespunztor tipului. Aceste tipuri pot fi definite
prin sistemul A (ecoregiuni) sau prin sistemul B (factori de
caracterizare) att pentru ruri, ct i pentru lacuri, ape tranzitorii
i ape costiere. Mai adugm aici cteva cerine i obiective ale noii
politici europene n domeniul apei: - Realizarea unor sisteme
unitare de gospodrire a apelor i bazinelor hidrografice; -
Integrarea folosinelor la nivel de bazin hidrografic; - Coordonarea
msurilor de conservare i redresare a ecosistemelor acvatice; - O
mai bun colaborare internaional; - Participarea publicului la
luarea deciziilor;
21
1.6. Domeniile de utilizare a apeiPrezentm aici, foarte pe
scurt, cteva aspecte legate de importana apei n natur i n
activitile umane. a) Apa are un rol geomorfologic important, fiind
de fapt cel mai important agent modelator. Aciunea apei se exercit
sub toate formele sale de agregare i const n eroziune, transport i
sedimentare. Formele de relief create de ape sau/i cu concursul
apei sunt deosebit de importante i de pitoreti; b) Rolul apei n
procesele geochimice i geofizice: b.1. procese geochimice:
dizolvarea, hidratarea, oxidarea, descompunerea silicailor,
formarea bauxitelor i a minereurilor de fier, mineralizri ale
apelor; b.2. aciune hidrofizic: dezagregarea rocilor, denudarea,
iroirea, eroziunea torenial, transportul i depunerea aluviunilor;
c) Rol moderator asupra climatelor prin ineria de nclzire / rcire,
umiditatea atmosferic, deplasarea curenilor marini etc.; d)
ntreinerea vieii i a proceselor biologice: viaa a aprut n ap; apa
exist n toate organismele; e) Apa materie prim: industria
alimentar, celelalte ramuri ale industriei pentru procesele de
rcire, n cazanele energetice; f) Alimentarea cu ap a populaiei i
industriei; g) Apa cale de transport; h) Apa i agricultura; i) Apa
ca resurs hidroenergetic; j) Apele i transportul resurselor
balastiere; k) Apa i sntatea; l) Apa mijloc de agrement.
22
Cap. 2. PROPRIETILE GENERALE ALE APEI2 . 1 . Proprietile
generale ale apeiApa, n stare pur, este un lichid cu densitatea
egal cu 1 gr/cm 3, incolor, inodor i insipid. Apa este un oxid de
hidrogen i se afl n natur sub toate cele trei stri de agregare:
lichid, solid i gazoas. Apa lichid este cea mai rspndit, ocupnd cca
2/3 din suprafaa Terrei, sub form de mri, oceane, lacuri, fluvii,
ruri, ap de precipitaii. Apa lichid se ntlnete i n pturile
superficiale ale scoarei, n depozitele permeabile sau n fisuri ale
rocilor. Apa n stare solid se ntlnete n ghearii continentali,
marini sau montani, n zpezile persistente, sau n cele sezoniere din
timpul iernilor boreale sau australe, n cristalii de ghea din
atmosfer, n fenomenele meteorologice de grindin, brum, chiciur etc.
Apa sub form de vapori rezult din procesele de evaporaie i de
transpiraie i se ntlnete, cu deosebire, n atmosfer, dar i n
golurile din roci, mai ales la adncimi mari unde temperaturile sunt
crescute, datorit gradientului geotermic (spre interiorul Pmntului
temperatura crete cu 1 0C la fiecare 33 m). n general, n stare
natural, apa nu este pur datorit proprietii sale de a dizolva
substanele solubile. Chiar i n atmosfer, n precipitaii, exist
anumite concentraii chimice, adesea destul de mari care pot genera
ploi acide. ntre propietiele generale ale apei mai trebuie
manionate cteva: apa prezint o mobilitate bun (uneori chiar foarte
mare) sub toate cele trei stri de agragare. Este fluid, n stare
lichid, plastic, n stare solid i se comport ca un gaz foarte mobil
n stare de vapori; spre deosebire de alte substane, apa trece
relativ uor de la o stare de agregare la alta, pe un ecart mediu de
numai 100 0C; apa, pur, nu este conductor de electricitate;
apa prezint o conductibilitate termic redus, se nclzete i cedeaz
cldura mai greu dect rocile; apa este un lichid incompresibil.2 . 2
. Molecula de ap i structura eiPrin analiz sau prin sintez poate fi
identificat constituia apei. O molecul de ap este alctuit din doi
atomi de hidrogen i un atom de oxigen. Procentual, n greutatea
molecular ponderea o deine oxigenul (88,9 %) n timp ce hidrogenului
i revin 11,1 %. Formarea apei din cele dou categorii de atomi se
realizeaz printr o reacie chimic nsoit de degajare de cldur. H2 +
O2 = H2O + 68,4 kcal Masa molecular a apei rezult din sumele
maselor atomilor care o compun (1 pentru H2 i 16 pentru O2). Mas
molecular = (2 x 1) + (1 x 16) = 18 Cercetat n amnunt, molecula de
ap se prezint sub form unghiular, unghiul , format de cele dou
legturi (drepte) avnd valoarea de 104,50. Distana O H are valoare
constant att la ap lichid ct i la starea solid
23 Asocierea a dou molecule de ap se numete dihidrol (H2O)2, a
trei molecule trihidrol (H2O)3, dup denumirea simpl de hidrol dat
moleculei de ap neasociat. Cel mai stabil este dihidrolul. n funcie
de izotopii hidrogenului, n natur se ntlnesc, n cantiti mici i
anumite varieti ale apei apa semigrea (HDO), apa grea (D2O) i apa
foarte grea (T2O). Apa grea se deosebete de cea obinuit prin:
densitate = 1,107 gr/cm3 la 4 0C;
-
temperatura de fierbere: 101,6 0C;
temperatura de solidificare: - 3,3 0C . n cazul apei
cristalizate, moleculele sunt dispuse tetraedic (J. D. Bernal i R.
H. Fowler, 1933), dar aceast amenajare tetraedic este stabil numai
la temperaturi foarte sczute (- 200 0C). La temperaturi > 0 0C
se menin 85 % din legturi, la 40 0 rmn 50 % din legturi, iar la
1000 C (evaporare) dispar toate legturile. Moleculele neasociate nu
au o grupare constant aa cum se prezint cele asociate. Aa se explic
faptul c gheaa are o densitate mai mic dect apa i plutete pe
aceasta. ntre 0 0 i 4 0C scad brusc numrul de legturi de hidrogen i
are loc o contracie de volum. Aa se explic densitatea maxim a apei
la 4 0C. Peste 4 0C dilatarea devine predominant. Anomaliile fizice
(particularitile) apei se explic prin fenomenul de asociere
(polimerizare) a moleculelor de ap: constanta dieletric mare: =
80,75; tensiunea specific: = 73 dyn/cm; variaia mare a vscozitii cu
temperatura; intervalul de 100 0C n care apa exist ca lichid.
2 . 3 . Caracteristicile calitative ale apeiAa cum am menionat,
n stare natural, apa nu este pur, ci o soluie, care conine substane
solide i gazoase dizolvate n roci, sol sau atmosfer. La temperaturi
obinuite apa este un lichid fr gust, fr miros, i fr culoare (n
straturi subiri). Sub influena factorilor externi i mai ales, prin
intervenia omului, apa i schimb caracteristicile de calitate,
depind limitele care o fac folosibil. Calitatea apei este urmrit
permanent de unitile specializate ale Ministerului Mediului i
Gospodririi Apelor sau ale Ministerului Sntii, prin analize
efectuate n laboratoare specializate. Numrul analizelor i
elementelor chimice determinate se stabilete n funcie de necesiti,
pentru fiecare caz n parte (pentru ape potabile, ape industriale,
apa ca materie prim, irigaie, agrement etc.). Apele naturale se
caracterizeaz n mod unitar prin ansamblul proprietilor
organoleptice, fizice, chimice, radioactive, biologice i
bacteorologice. Limitele lor de folosire sunt prevzute de STAS
4706/88.
2 . 4 . Proprietile fizice ale apei n stare lichid, solid i de
vaporin general, proprietile fizice ale apei cele mai importante
pentru hidrologie sunt: temperatura, culoarea, turbiditatea,
transparena, conductibilitatea electric, radioactivitatea,
densitatea apei, vscozitatea, starea de agregare.
24 Din punct de vedere fizic apa este o substan cu proprieti
unice, avnd densitatea maxim (0,9999 gr/cm3) la 3,980 C, tensiune
superficial foarte ridicat, mrirea volumului la solidificare,
cldura specific foarte mare, cldura latent la topire apreciabil,
conductibilitate termic ridicat, constant electric mare, putere
izolant deosebit, capacitate mare de dizolvare, proprieti oxidante
etc.
2.4.1. Apa n stare lichidProprietile fizice ale apei n stare
lichid au fost cel mai bine studiate datorit rspndirii sale
apreciabile n natur. Temperatura apei este variabil, n
interdependen cu cea a aerului i se modific, n tendin i valoare, n
mod asemntor cu temperatura mediului. Mersul temperaturii apei este
n direct legtur cu valorile termice ale regiunii globului n care se
gsete corpul acvatic respectiv, iar gama general de variaie este
ntre 00 n regiunile reci (polare sau montane nalte) i 400 n
regiunile cele mai calde. Excepie fac apele termale care sunt
supranclzite n condiii geotectonice aparte n interiorul scoarei
terestre. Temperatura apei (ca i a aerului i a mediului n general)
variaz cu latitudinea, altitudinea, expoziia sau contraexpunerea
versanilor (n cazul apelor de suprafa) i cu adncimea (n cazul
apelor subterane unde intervine i gradientul geotermic, despre care
am mai menionat). n cazul apelor subterane, variaiile termice sunt
condiionate deci, att cu regimul temperaturii aerului, pn la o
anumit adncime, denumit zon neutr, ct i de gradientul geotermic, de
la zona neutr n jos. n zona neutr, pe o anumit adncime, temperatura
apei se menine relativ constant i are valoarea medie multianual a
regiunii respective. n preajma vulcanilor i a minelor se produc
influene suplimentare asupra temperaturii apei (treapta geotermic
anormal). Un alt element care influeneaz regimul termic al apei l
constituie starea de micare a acesteia, existnd diferenieri ntre
situaia rurilor, lacurilor, mrilor i oceanelor etc. Culoarea.. Apa
curat este incolor, n strat subire, dar capt o nuan Culoarea.
albstruie verzuie, n straturi mai groase de 6 cm. n condiii
speciale, atunci cnd apa conine diferite substane dizolvate apar
coloraii specifice: slab glbuie, glbuie, cafenie, lptoas, rocat,
albastr. n aceste cazuri n ap pot exista oxizi de fier, compui ai
manganului, acizi humici, substane organice, clorofil. Nu trebuie
omis nici influena substanelor poluante artificiale care prezint o
realitate pe majoritatea cursurilor de ap din zonele populate,
dezvoltate economic. Stabilirea culorii se face prin comparare cu
scara colorimetric etalon. Mirosul. Apa natural, curat, nu are
miros. Anumite coninuturi de substane (naturale sau artificiale) i
imprim apei i mirosuri specifice. Gustul. Gustul, ca i mirosul,
este ncercat n general, n cazul apelor care sunt utilizate ca ape
potabile. De regul apa nu are gust. Uneori apar gusturi specifice,
determinate de prezena unor substane chimice naturale sau
artificiale. Cnd exist un anumit gust, acesta se compar cu ceva
cunoscut. Turbiditatea. Este un fenomen cvasiprezent n ap i este
reprezentat prin coninutul de substane solide existente ca
suspensii n masa de ap. Aprecierea turbiditii se face fie prin
comparaie cu o scar etalon (o evaluare aproximativ), fie prin
sistemul de laborator: recoltarea unei probe filtrare etuvare
cntrire. Filtrul de cntrete, mai nti
a.
b.
c.
d.
e.
25 gol, apoi cu aluviuni. Diferena, raportat la unitatea de
volum, reprezint turbiditatea. De exemplu: ntr-o prob de 1l,
diferena ntre filtrul plin i cel gol este de 0,3578 grame. Rezult c
turbiditatea este de 0,3578 gr/l. Dac proba de ap avea 5 l
turbiditatea ar fi fost:
=
0,3578 = 0,0716 gr / l 5
f. Transparena este o proprietate a apei prin care obiectele
introduse ctre adncime se pot vedea pn la anumite distane. De regul
se msoar cu un disc alb, cu = 30 cm, numit discul Sechi. g.
Conductibilitatea electric. Apa pur este slab conductoare de
electricitate. Apa natural conine numeroase sruri dizolvate ceea ce
o face ductil. Conductibilitatea electric se msoar prin
determinarea inversului su, a rezistivitii. Conductibilitatea
specific se msoar n -1 . cm-1 i are valori diferite la apa natural
fa de cea pur: - la apa natural:C = 23 105 1,33(1 cm1) deci
variabil; C = 4 108 (1 cm1) .- la apa pur:
Radioactivitatea apei este o proprietate fizic pe care apa o
poate primi (n anumite limite) n cazul trecerii prin zone cu roci
radioactive. Se msoar n uniti Mach (U.M.) sau emane . 1 UM =
concentraia de radium la 1 l de ap care genereaz un curent de
saturaie de 0,001 uniti electrostatice. 1 UM = 3,6 emane = 10-3
uniti electrostatice. Apele cu o radioactivitate mai mare de 3,5
UM/litru pot fi utilizate n scop terapeutic, cu precauiile de
rigoare. apei, respectiv raportul mas/volum are valoarea 1 gr/cm3,
la presiunea normal (1atm.) i la temperatura de 40C. Valorile mai
exacte sunt: 0,9999 gr/cm3 la temperatura de 3,980 C, dar n mod
curent circul datele rotunde. Densitatea apei lichide crete de la
00C la 40C, cnd atinge valoarea maxim, apoi scade uor odat cu
creterea temperaturii.
h.
i. Densitatea
j. Vscozitatea apei, reprezint rezistena pe care apa o opune la
scurgere, datoritrezistenei interioare. Se noteaz cu i variaz n
funcie cu temperatura. La 200 C are valoarea de 1 centipoise,
reprezentnd 1 / 100 poise (de la numele Poiseuille). Vscozitatea
are o importan deosebit n utilizarea apei n anumite domenii (n
special n hidraulic, hidroenergetic). Formula de calcul: 0,0001817
= [kg/s/m2]. 1 + 0,337t + 0,00022t 2 Se poate observa din formul,
relaia dintre i t ap.
2.4.2. Apa n stare solidSub form de ghea apa are, de asemenea,
unele proprieti cu caracter de particularitate, fa de celelalte
stri de agregare. - cristalizeaz n sistem hexagonal;
26
-
la presiune normal, are punctul de topire de 00C;
masa specific =0,917 gr/cm3; - la limita de topire /ngheare,
cldura latent = 79,55 kcal/kg; - caldura specific sub presiune
constant = 0,5 kcal/kg/grad; rezistena la rupere, prin ncovoiere =
20 kg/cm2; rezistena la forfecare = 10 kg /cm2; - prezint
plasticitate. Formele solide ale apei din natura sunt diferite:
ghea, firn, zpad, chiciur, brum, grindin, cristali de ghea etc.
2.4. 3. Apa n stare de vaporiLa temperatura de 100 0C (presiune
normal = 760 mm Hg) apa trece n stare de vapori, mrindu-i volumul
de 1651 ori. n stare de vapori apa reduce transparena aerului, iar
proceselemm Hg de evaporare se estompeaz. P naturale Presiunea
vaporilor crete odat cu temperatura. D n Fig.nr. 2.1. se prezint un
grafic complex care cuprinde particularitile trecerii C apei prin
cele trei stri de agregare i unele proprieti specifice fiecrei
stri, sau treceri ntre lichid stri. Figura nr. 2.1. Graficul
trecerii apei prin cele trei stri de agregare
4,6
solid
B
Din grafic se constat: - separarea ntre fazele lichid i solid se
face pe un ecart mic de temperatur. vapori Linia B-D este puin
nclinat fa de ordonat; A o - curbele care separ presiunea deTvapori
a gheii fa de aer (A-B), respectiv a C fazei lichide fa de aer
(B-C), pun n eviden ecarturi mari de temperatur. 0,007 Explicaia
const n micarea moleculelor de ap, care fac ca numai anumite
particule s treac din starea lichid sau solid n cea gazoas.
Procesele de evaporare se fac difereniat. n punctul B, cu
coordonate: P=4,6 mm Hg, T=0,007 0C cele 3 stri (ghea, lichid, gaz)
coexist, n echilibru.
2.4.4 Cteva proprieti fizice particulare ale apeiDei este foarte
rspndit n natur, apa prezint cteva particulariti, care o deosebete
de celelalte substane i care adesea se prezint ca nite anomalii. a.
Densitatea apei Variaz n raport cu temperatura, n limite mai largi
dect alte substane. Densitatea maxim se ntlnete la temperatura de
3,980 C i este de 0,9999 gr/cm3 (se consider 1,00 ). La temperaturi
cuprinse ntre 40 i 00 C, precum i la temperaturi mai mari de 40 C,
densitatea apei scade progresiv. Exist o diferen semnificativ ntre
densitatea gheii la 0 0 (0,9168 gr/cm3) i densitatea apei la 00. n
stare solid, sub 00 C se stabilesc legturi rigide, cu structura
hexagonal, lasnd anumite spaii libere, care fac ca gheaa s pluteasc
n ap. Cu creterea temperaturii legturile se desfac, iar la 400 C,
majoritatea sunt distruse. Structura
27 cristalin dispare. Acesta este al doilea punct de topire al
apei (Gh.Brezeanu i Al.SimionGrui, 2002). Densitatea apei variaz i
n funcie de coninutul de sruri dizolvate: la salinitate 0
densitatea apei este 1,00, la salinitate de 10 mg/l, densitatea
este de 1,008 gr/cm3, iar la concentraia medie a apei de mare (35
0/00, densitatea este de 1,028 gr/cm3. b. Cldura specific,
respectiv, cantitatea de caldur necesar pentru creterea
temperaturii unui gram de ap cu 10 (exprimat n calorii) este foarte
mare (1 cal/gr), fiind depit numai de cteva substane: amoniac
lichid (1,23), hidrogen lichid (3,4) i litiu. La celelalte substane
cldura specific se situeaz n jurul valorii de 0,2 cal/gr i acest
fapt scoate n eviden o particularitate anomalie a apei. Cldura
specific mare, alturi de coductibilitatea termic, de asemenea
ridicat a apei confer hidrosferei rolul de conservare termic i de
reglator al climei. c. Alte anomalii le reprezint temperatura
latent de vaporizare i temperatura de topire a gheei, care sunt
mult mai mari dect la alte substane. Datorit consumului foarte mare
de cldur necesar pentru evaporarea lor, apele ecosistemelor
terestre nu se supranclzesc.Temperatura natural a apei nu depete,
de regul, 40 0C. d.Temperatura de solidificare a apei este ridicat,
fapt ce are o mare importan, n special, pentru activitatea
biologic, destul de activ la 00 C i practic, inexistent la
temperaturi foarte sczute. Gheaa care plutete deasupra apei
reprezint i un bun izolator termic. Sub ghea viaa poate continua, n
limite nc destul de largi. e. Tensiunea superficial a apei este
mare, fapt ce face ca picturile de ap s aib n general forma rotund.
f. Vscozitatea mic a apei prezint deplasarea uoar a hidrobionilor.
g. Apa este un solvent universal, datorit structurii sale
moleculare. n general sunt mai solubili compuii care au n alctuirea
lor grupri puternic polarizate ca OH; -COOH, NH2; -HSO3, care atrag
moleculele de ap. Substana dizolvat nu se amestec pur i simplu cu
solventul, ci se stabilesc anumite corelaii n funcie de structura i
proprietile solvitului.
2 . 5 . Proprietile chimice ale apei.Valorificarea complex a
apei n numeroase domenii de activitate impune cunoaterea
obligatorie a propretilor sale chimice, cu att mai mult cu ct unele
dintre direciile de utilizare se refer la alimentarea populaiei sau
la mijloace terapeutice. Pentru gospodrirea i utilizarea resurselor
de ap se aplic prevederile STAS, care precizeaz limitele normale i
maxime n care sunt admise anumite concentraii n apa utilizat.
Monitorizarea strii de calitate a apei se face prin recoltarea
probelor i a analizrii acestora n laboratoare autorizate unde sunt
determinai numeroi indicatori chimici. Principalii indicatori de
calitate ai apei sunt: a. Rezidiul fix care reprezint totalitatea
substanelor solide minerale i organice coninute n ap. Se determin
prin nclzirea apei la 105 0C, evaporarea acesteia i cntrirea
coninutului solid. Se exprim n mg/l. b. Duritatea apei. Acest
indicator este reprezentat prin coninutul de sruri de calciu i
magneziu aflate n soluie i se exprim n grade de duritate. n
practica mondial se folosesc
28 gradele germane, franceze sau engleze (la noi gradele
germane). Un grad de duritate reprezint 10mg CaO sau 1,42 MgO la 1
litru de ap. 1 grad german = 17,9 grade franceze = 1,25 grade
engleze. n funcie de duritate, apele naturale se clasific n: - ape
foarte moi 00 - 40 (grade germane)
ape foarte dure peste 300 . n cazul apei potabile, duritatea nu
trebuie sa depeasc 120. Duritatea apei este de trei feluri: total
(suma tuturor srurilor), permanent (care nu dispare prin fierbere)
i temporar (diferena dintre celelalte dou). Duritatea temporar este
determinat de coninutul de bicarbonai care, prin fierbere, pierd
bioxidul de carbon i se precipit sub form de carbonai insolubili
care nu mai reprezint duritate . Duritatea mare a apei are unele
implicaii negative: produce pietre la rinichi (la apa potabil), nu
face clbuci cu spun (la curtorii i spltorii), se depune pe cazane i
conducte (la instalaii de rcire, conducte, cazane de aburi),
mpiedic fierberea unor alimente (fasole). c. Aciditatea apei este
capacitatea unor substane din coninut de a lega chimic o cantitate
echivalent de baze tari. Este dat de coninutul de anioni, care pot
fi echilibrai cu ioni de hidrogen, sau cu cationi de baze slabe.
Aciditatea se exprim prin pH, care reprezint inversul concentraiei
ionilor de hidrogen. Determinarea pH se face cu pH metrul sau cu
substane indicatoare. n practic, cunoaterea pH este necesar pentru
stabilirea msurilor anticorozive (stabilirea dozelor de
neutralizani) sau pentru asigurarea parametrilor optimi pentru
epurarea biologic i pentru supravegherea calitii apelor naturale. n
funcie de pH apele pot fi considerate acide (Ph< 7), neutre (pH
= 7) sau alcaline (Ph >7). d. Agresivitatea este propietatea
unor ape de a ataca chimic, cu caracter continuu, materialele prin
care circul sau cu care vin n contact (cazane, conducte, betoane,
instalaii etc). Agresivitatea apei este dat de coninutul de sruri,
acizi, de circulaia i de temperatura acesteia. n lipsa srurilor,
agresivitatea este reprezentat i prin coninutul de gaze dizolvate
(O2 , CO2). Odat cu dezvoltarea civilizaiei (i n special a
industriei, agriculturii chimizate, a aglomerrilor poluate etc.)
majoritatea apelor au un coninut chimic alterat de fenomenele de
poluare. Ca urmare, monitorizarea calitii apei a devenit
obligatorie att pentru apele naturale (pentru comparaie ) ct i
pentru cele poluate (pentru identificarea situaiilor critice). Dup
cum am mai artat, buletinele de analiz chimic evideniaz coninutul
din ap a numeroase substane mai mult sau mai puin nocive. n aceast
gam larg de elemente identificate n ap, se evideniaz categorii de
indicatori care, fiecare n parte, i au imprtana lor. a. Indicatorii
de oxigen (I.0) arat coninutul de oxigen din ap (indispensabil
vieii) i connutul de substane organice. Acetia sunt: O2 (oxigenul
dizolvat), CBO5 respectiv consumul biochimic de oxigen la 5 zile,
CCOMn i KCrO4 (ambele arat consumul de oxigen necesar pentru
reducerea substanelor organice existente n ap);
-
ape moi ape semidure ape destul de dure ape dure
40 0 0
800 0
80 - 120 12 - 18 18 - 30
29 b. Indicatorii de toxicitate (I.T.S.) care exprim coninutul
de substane toxice din ap : cianuri, fenoli, petrol, azotii etc.;
c. Indicatorii de mineralizare (I M.) care exprim coninutul total
de substane minerale din ap. Sunt reprezentai prin rezidiul fix,
respectiv sulfai, carbonai, cloruri, azotai etc.; d. Metale grele.
Dei nu sunt grupate ntr-o categorie anume de indicatori, metalele
prezint o importan deosebit n caracterizarea strii de poluare a
apei. Acestea sunt: Fe, Mn, Cu, Zn, Cr, Pb etc.
2 . 6 . Proprietile organoleptice, biologice i bacteriologice
ale apei 2.6.1. Proprietile organolepticeApele constituie un mediu
foarte favorabil vieii, iar bogia i varietatea speciilor depinde de
caracteristicile corpurilor acvatice. n general sunt deosebiri ntre
apele curgtoare i cele stttoare sau subterane, n ceea ce privete
condiiile de via. n apele curgtoare triesc anumite specii de plante
i animale adaptate la diferitele condiii de vitez, temperatur,
coninutul de oxigen, turbiditate etc. n lungul unui ru exist de
asemenea, sectoare cu caracteristici deosebite (sector montan, de
podi, de cmpie), deci condiiile de via sunt mai variate dect ntr-un
lac. Din cauza vitezei mai mari, multe organisme sunt adaptate la
condiiile de pe fundul albiilor (bentonice) unde se pot fixa sau
adposti mai bine. Organismele planctonice rezist mai greu (sau
deloc n ruri), dar ele se gasesc n numr mai mare n lacuri i n
ochiurile de ap din mlatini.Tot n lacuri, la adncime mai mare,
condiiile de oxigenare a apei sunt mai precare, apar i gaze
sulfuroase sau CO2, fapt ce permite dezvoltarea unor organisme
adaptate . Proprietile organoleptice ale apei reprezint un ansanblu
de condiii de via pe care mediile acvatice le ofer organismelor vii
i care impun adaptarea acestora. Aceeai situaie este i n mri i
oceane cu deosebire c aici (ca i n lacurile foarte adnci) la
adncimi mai mari de 200m, posibilitile de via se reduc foarte
mult.Valurile i curenii marini introduc mari variaii n
caracteristicile organoleptice ale apei.
2.6.2. Proprietile biologice i bacteriologice.Din punct de
vedere igienic caracteristicile de calitate ale apelor se determin
prin analize biologice i bacteorologice Analiza biologic stabilete
componena calitativ i cantitativ a populaiei din ap i identific
posibile impurificri i intensitatea acestora . Analiza
bacteriologic urmreste existena bacteriilor din ap. Principalele
grupe de bacterii sunt:
mbolnviri.
bacterii coliforme provenite din ape uzate de canalizare i din
sol; bacterii patogene, care provoac boli hidrice ca: febra
tifoida, dizenteria etc. bacterii saprofite care fac parte din
microflora no
![Meteorologie Si Hidrologie Curs de Lectii.[Conspecte.md]](https://static.documente.net/doc/80x56/55cf9946550346d0339c8a06/meteorologie-si-hidrologie-curs-de-lectiiconspectemd.jpg)
