Curs Hidrogeologie Generala

301
A HIDROGEOLOGIE GENERALĂ DANIEL SCRĂDEANU ALEXANDRU GHEORGHE CUPRINS CUPRINS .................................................................................................................... A 1. FACTORII NATURALI AI ALIMENTĂRII ŞI REGIMULUI APELOR SUBTERANE (Daniel Scrădeanu şi Alexandru Gheorghe) ................................................................1 1.1. Ciclul hidrologic global .......................................................................................2 1.1.1. Resursele de apă ale Pământului ...............................................................2 1.1.2. Energia ciclului hidrologic global .................................................................3 1.1.3. Dinamica ciclului hidrologic .........................................................................3 1.1.4. Ecuaţia ciclului hidrologic ............................................................................5 1.2. Regimul termic...................................................................................................7 1.2.1. Regimul termic al aerului ............................................................................7 1.2.2. Regimul termic al solului .............................................................................8 1.2.3. Regimul termic al apelor .............................................................................9 1.2.3.1. Regimul termic al apelor de suprafaţă..................................................9 1.2.3.2. Regimul termic al apelor subterane....................................................10 1.3. Precipitaţiile atmosferice..................................................................................10 1.3.1. Tipuri de precipitaţii şi formarea lor ...........................................................10 1.3.2. Măsurarea precipitaţiilor............................................................................12 1.3.3. Evaluarea precipitaţiilor.............................................................................13 1.3.3.1. Regim pluviometric .............................................................................14 1.3.3.2. Precipitaţie medie ...............................................................................14 1.3.4. Ploi acide ..................................................................................................15 1.4. Evapotranspiraţia.............................................................................................19 1.4.1. Evaporarea ...............................................................................................19 1.4.2. Transpiraţia ...............................................................................................21 1.4.3. Evapotranspiraţia reală şi potenţială .........................................................23 1.5. Umiditatea aerului............................................................................................25 1.6. Date climatice ale teritoriului României ...........................................................26 1.6.1. Tipurile de climă ........................................................................................27 1.6.2. Temperatura .............................................................................................27 1.6.3. Precipitaţiile...............................................................................................28 1.7. Ciclul şi componentele scurgerii ......................................................................28 1.8. Bazinul de recepţie ..........................................................................................32 1.8.1. Bazinul hidrografic ....................................................................................32 1.8.1.1. Suprafaţa bazinului hidrografic ...........................................................32 1.8.1.2. Forma bazinului hidrografic ................................................................33 1.8.1.3. Curba hipsometrică si altitudinea medie a bazinului hidrografic ........33 1.8.1.4. Panta medie a bazinului hidrografic ...................................................34 1.8.1.5. Învelişul vegetal al bazinului hidrografic .............................................34 1.8.1.6. Formaţiunile geologice din bazinul hidrografic ...................................34 1.8.2. Bazinul hidrogeologic ................................................................................35 1.9. Elemente de hidrologie a cursurilor de apă .....................................................37 1.9.1. Morfometria reţelei hidrografice ................................................................37 1.9.1.1. Profilul transversal al albiei .................................................................38 1.9.1.2. Profilul longitudinal al albiei ................................................................39 1.9.1.3. Densitatea reţelei hidrografice............................................................39 1.9.2. Hidrometria reţelei hidrografice .................................................................40

description

Hidrogeologie Generala An III

Transcript of Curs Hidrogeologie Generala

  • A

    HIDROGEOLOGIE GENERAL

    DANIEL SCRDEANU ALEXANDRU GHEORGHE

    CUPRINS CUPRINS.................................................................................................................... A 1. FACTORII NATURALI AI ALIMENTRII I REGIMULUI APELOR SUBTERANE (Daniel Scrdeanu i Alexandru Gheorghe) ................................................................1

    1.1. Ciclul hidrologic global.......................................................................................2 1.1.1. Resursele de ap ale Pmntului ...............................................................2 1.1.2. Energia ciclului hidrologic global.................................................................3 1.1.3. Dinamica ciclului hidrologic.........................................................................3 1.1.4. Ecuaia ciclului hidrologic............................................................................5

    1.2. Regimul termic...................................................................................................7 1.2.1. Regimul termic al aerului ............................................................................7 1.2.2. Regimul termic al solului .............................................................................8 1.2.3. Regimul termic al apelor .............................................................................9

    1.2.3.1. Regimul termic al apelor de suprafa..................................................9 1.2.3.2. Regimul termic al apelor subterane....................................................10

    1.3. Precipitaiile atmosferice..................................................................................10 1.3.1. Tipuri de precipitaii i formarea lor...........................................................10 1.3.2. Msurarea precipitaiilor............................................................................12 1.3.3. Evaluarea precipitaiilor.............................................................................13

    1.3.3.1. Regim pluviometric.............................................................................14 1.3.3.2. Precipitaie medie...............................................................................14

    1.3.4. Ploi acide ..................................................................................................15 1.4. Evapotranspiraia.............................................................................................19

    1.4.1. Evaporarea ...............................................................................................19 1.4.2. Transpiraia ...............................................................................................21 1.4.3. Evapotranspiraia real i potenial.........................................................23

    1.5. Umiditatea aerului............................................................................................25 1.6. Date climatice ale teritoriului Romniei ...........................................................26

    1.6.1. Tipurile de clim........................................................................................27 1.6.2. Temperatura .............................................................................................27 1.6.3. Precipitaiile...............................................................................................28

    1.7. Ciclul i componentele scurgerii ......................................................................28 1.8. Bazinul de recepie ..........................................................................................32

    1.8.1. Bazinul hidrografic ....................................................................................32 1.8.1.1. Suprafaa bazinului hidrografic...........................................................32 1.8.1.2. Forma bazinului hidrografic ................................................................33 1.8.1.3. Curba hipsometric si altitudinea medie a bazinului hidrografic ........33 1.8.1.4. Panta medie a bazinului hidrografic ...................................................34 1.8.1.5. nveliul vegetal al bazinului hidrografic .............................................34 1.8.1.6. Formaiunile geologice din bazinul hidrografic ...................................34

    1.8.2. Bazinul hidrogeologic................................................................................35 1.9. Elemente de hidrologie a cursurilor de ap .....................................................37

    1.9.1. Morfometria reelei hidrografice ................................................................37 1.9.1.1. Profilul transversal al albiei.................................................................38 1.9.1.2. Profilul longitudinal al albiei ................................................................39 1.9.1.3. Densitatea reelei hidrografice............................................................39

    1.9.2. Hidrometria reelei hidrografice.................................................................40

  • B

    1.9.2.1. Nivelul curenilor de suprafa ............................................................40 1.9.2.2.Vitezele n curenii de suprafa ..........................................................41 1.9.2.3. Debitele curenilor de suprafa .........................................................42

    1.10. Infiltrarea........................................................................................................46 1.10.1. Evaluarea infiltrrii cu infiltrometrul .........................................................46 1.10.2. Evaluarea infiltrrii cu lizimetrul .............................................................48

    1.11. Evaluarea scurgerii subterane cu ajutorul hidrografului ................................49 1.11.1.Caracteristicile cursurilor de ap..............................................................49 1.11.2.Perioada de epuizare a acviferelor ..........................................................51 1.11.3.Procedee de separare a scurgerii subterane...........................................56

    1.11.3.1. Metoda hidrografului.........................................................................56 1.11.3.2. Metoda hidrochimic ........................................................................60

    1.12.Parametri ai scurgerii totale i subterane .......................................................61 1.12.1. Parametri ai scurgerii totale ....................................................................61 1.12.2. Parametri ai scurgerii subterane .............................................................62 1.12.3. Parametri statistici ai variabilitii scurgerilor ..........................................64

    1.12.3.1. Asigurare experimental ..................................................................64 1.12.3.2. Perioad de repetare........................................................................65

    Aplicaie .......................................................................................................66 1.12.3.3. Generarea valorilor cronologice ......................................................67

    Aplicaie .......................................................................................................68 1.13. Bilanul apei ...................................................................................................70 1.14.Date hidrologice ale teritoriului Romniei .......................................................74

    2. ORIGINEA I DISTRIBUIA GENERAL A APELOR SUBTERANE ...................78 (Alexandru Gheorghe i Danel Scrdeanu) ...............................................................78

    2.1. Teorii privind originea apelor subterane ..........................................................78 2.1.1. Teoria infiltrrii ..........................................................................................78 2.1.2. Teoria condensrii vaporilor de ap..........................................................78 2.1.3. Teoria juvenil...........................................................................................81 2.1.4. Teoria originii arteziene.............................................................................82 2.1.5. Teoria apelor regenerate ..........................................................................82 2.1.6. Teoria apelor fosile ...................................................................................83

    2.2. Distribuia general a apelor subterane...........................................................84 2.2.1. Forme de ap din scoara terestr............................................................84

    2.2.1.1. Apa n stare de vapori ........................................................................85 2.2.1.2. Apa legat fizic ...................................................................................85 2.2.1.3. Apa legat chimic ...............................................................................85 2.2.1.4. Apa capilar .......................................................................................86 2.2.1.5. Apa liber ...........................................................................................86 2.2.1.6. Apa n stare solid..............................................................................86 2.2.1.7. Apa n stare supracritic.....................................................................86

    2.2.2. Zonarea umiditii pe vertical ..................................................................87 2.2.3. Geneza hidrosferei....................................................................................89 2.2.4. Micarea apei n geosfere.........................................................................90 2.2.5. Zonalitatea hidrogeodinamic...................................................................93

    2.3. Originea i vrsta izotopic a apelor subterane ..............................................95 2.3.1. Izotopi de mediu utilizai pentru studiul apelor subterane .........................96 2.3.2. Evaluarea originii apelor subterane ..........................................................96 2.3.3. Evaluarea vrstei izotopice a apelor subterane ........................................98

    3. CARATERISTICI HIDROFIZICE ALE TERENURILOR .......................................102 (Daniel Scrdeanu i Alexandru Gheorghe) ............................................................102

    3.1. Caracteristici ale matricei minerale................................................................104 3.1.1. Granulozitate..........................................................................................104

    3.1.1.1. Coeficient de neuniformitate.............................................................104 3.1.1.2. Coeficient de sortare ........................................................................105

  • C

    3.1.1.3. Diametru efectiv ...............................................................................105 3.1.1.4. Curb granulometric medie i domeniu granulometric...................106 3.1.1.5. Suprafa specific...........................................................................107

    3.1.2. Porozitate i structura spaiului poros .....................................................108 3.1.2.1. Factori geologici care determin porozitatea ..................................109

    Litologia .....................................................................................................110 Compactarea .............................................................................................110 Cimentarea ................................................................................................111 Dolomitizarea.............................................................................................111

    3.1.2.2. Porometrie........................................................................................112 Metoda analizei optice ...............................................................................112 Metoda suciunii.........................................................................................113 Tipuri de pori..............................................................................................114 Tortuozitatea..............................................................................................115

    3.1.2.2. Tipuri genetice de poroziti .............................................................117 Porozitate primar .....................................................................................118 Porozitate secundar.................................................................................118 Porozitate fisural ......................................................................................119

    3.1.2.3. Tipuri de poroziti dup gradul de mobilitate a apei subterane.......120 Porozitate activ ........................................................................................121 Porozitate de retenie.................................................................................124

    3.1.2.4. Porozitatea rocilor carbonatice.........................................................124 Gradul de carstifiere ..................................................................................125

    3.1.3. Permeabilitate intrinsec a terenurilor ....................................................126 3.1.3.1. Permeabilitatea sedimentelor neconsolidate....................................126 3.1.3.2. Permeabilitatea rocilor......................................................................127

    3.2. Caracteristici fizice ale apelor subterane.......................................................127 3.2.1. Greutate specific ...................................................................................128 3.2.2. Compresibilitate ......................................................................................128 3.2.3. Vscozitate .............................................................................................129

    3.2.3.1. Vscozitatea dinamic .....................................................................129 3.2.3.2. Vscozitatea cinematic...................................................................130

    3.3. Caracteristici ale interaciunii terenurilor cu apa subteran ...........................130 3.3.1. Umiditatea terenurilor..............................................................................132

    3.3.1.1. Grad de saturaie..............................................................................132 3.3.1.2. Deficit de saturaie............................................................................133

    3.3.2. Tensiunea interfacial.............................................................................133 3.3.3. Fenomene de capilaritate .......................................................................135

    3.3.3.1. Presiunea capilar............................................................................135 Modelul Brooks & Corey ...........................................................................139 Modelul van Ghenuchten...........................................................................140

    3.3.3.2. nlimea de ascensiune capilar .....................................................142 Apa capilar suspendat ...........................................................................144 Deplasarea orizontal a apei capilare .......................................................145

    3.3.4. Capacitatea de nmagazinare/cedare a acviferelor ...............................147 3.3.4.1. nmagazinare n acvifere cu nivel liber .............................................148 3.3.4.2. nmagazinare n acvifere sub presiune ............................................149

    3.3.5. Conductivitatea hidraulic.......................................................................150 3.3.5.1. Parametri hidraulici derivai din conductivitatea hidraulic ...............152

    Conductana ..............................................................................................153 Transmisivitatea.........................................................................................154 Coeficientul de drenan............................................................................155

    3.3.5.2. Estimarea conductivitii hidraulice ..................................................158 Formule empirice .......................................................................................159 Permeametre .............................................................................................161

  • D

    Teste hidrodinamice in situ ........................................................................162 3.3.6. Coeficientul de difuzivitate hidraulic......................................................163

    3.4. Caracteristici ale interaciunii apei subterane cu fluide asociate ...................167 3.4.1. Parametri ai migrrii fluidelor miscibile n acvifere.................................167

    3.4.1.1. Parametri ai difuziei..........................................................................168 Coeficient de difuzie ..................................................................................168 Coeficient de difuzie efectiv .....................................................................168

    3.4.1.2. Parametri ai adveciei.......................................................................169 Dispersie mecanic ...................................................................................169 Dispersia hidrodinamic ............................................................................170 Numr Peclet .............................................................................................172

    3.4.1.3. Parametri ai proceselor chimice i biochimice .................................173 Izoterme de sorbie ....................................................................................174

    Izoterma Freundlich ...............................................................................174 Izoterma Langmuir .................................................................................175

    Factor de retardare ....................................................................................176 3.4.2. Parametri ai migrrii fluidelor imiscibile n acvifere .................................177

    3.4.2.1. Fluide imiscibile mai uoare dect apa ............................................182 Formarea acumulrii de fluid .....................................................................182 Determinarea grosimii stratului de fluid acumulat......................................184 Efectul oscilaiei nivelului piezometric al acviferului...................................186 Calcul volumului de fluid recuperabil .........................................................186

    3.4.2.2. Fluide imiscibile mai grele dect apa ...............................................188 Formarea acumulrii de fluid .....................................................................189 Determinarea grosimii stratului de fluid acumulat......................................189 Deplasarea fluidului fg n zona saturat ....................................................190

    4. CARACTERISTICILE GENERALE ALE HIDROSTRUCTURILOR......................192 (Daniel Scrdeanu) ..................................................................................................192

    4.1. Acviferul.........................................................................................................193 4.1.1. Funcii i comportamente........................................................................194

    4.1.1.1. Funcia de stocaj ..............................................................................195 4.1.1.2. Funcia conductoare.........................................................................195 4.1.1.3. Funcia de schimb ............................................................................196

    4.1.2. Criterii de clasificare a acviferelor ...........................................................197 4.1.2.1. Litologia terenurilor permeabile ........................................................198 4.1.2.2. Variabilitatea parametrilor ................................................................198 4.1.2.3. Starea energetic a apei subterane .................................................199

    Acvifere cu nivel liber ...............................................................................................201 Acvifere sub presiune ................................................................................202

    4.1.2.4. Gradul de deschidere hidrogeologic...............................................204 Hidrostructuri deschise ..............................................................................205 Hidrostructuri parial deschise ...................................................................205 Hidrostructuri nchise .................................................................................205

    4.2. Hidrostructuri n sedimente neconsolidate ....................................................206 4.2.1. Acvifere aluvionare .................................................................................206

    4.2.1.1. Acvifere suspendate cu nivel liber....................................................206 Acvifere cu nivel liber susinute .................................................................207 Acvifere litorale ..........................................................................................208

    4.2.2. Acvifere n formaiuni glaciare.................................................................211 4.3. Hidrostructuri n formaiuni sedimentare........................................................213

    4.3.1. Tipuri de roci sedimentare ......................................................................213 4.3.2. Complexitatea stratigrafic i structural ................................................213 4.3.3. Acvifere n roci sedimentare epiclastice..................................................215 4.3.4. Acvifere n roci carbonatice.....................................................................216

    4.3.4.1. Acvifere carbonatice difuze ..............................................................218

  • E

    4.3.4.2. Acvifere carbonatice carstice ...........................................................219 4.3.4.3. Acvifere carbonatice sub presiune ...................................................220

    4.4. Hidrostructuri n roci vulcanice ......................................................................220 4.5. Hidrostructuri n roci intruzive i metamorfice................................................221

    5. SCHEMATIZAREA HIDROSTRUCTURILOR......................................................223 (Daniel Scrdeanu) ..................................................................................................223

    5.1. Schematizare spaial ...................................................................................225 5.1.1. Morfologia hidrostructurii.........................................................................225 5.1.2. Extinderea cercetrii ...............................................................................225

    5.1.2.1. Extindere regional ..........................................................................227 5.1.2.2. Extindere local................................................................................228

    5.1.3. Rezolvarea ecuaiilor modelului matematic ............................................229 5.1.3.1. Soluii analitice .................................................................................229

    Schematizare n plan orizontal.................................................................................229 Schematizare n plan vertical ...................................................................................231

    5.1.3.2. Soluii numerice................................................................................232 Schematizare n plan orizontal.................................................................................232 Schematizare n plan vertical ...................................................................................233

    5.2. Schematizare parametric.............................................................................234 5.2.1. Variabilitatea parametrului ......................................................................236

    5.2.1.1. Mediu omogen i izotrop ..................................................................236 5.2.1.2. Mediu neomogen i anizotrop ..........................................................237

    5.2.2. Extinderea cercetrii ...............................................................................238 5.2.2.1. Extindere regional ..........................................................................239 5.2.2.2. Extindere local................................................................................239

    5.2.3. Rezolvarea ecuaiilor modelului matematic ............................................240 5.2.3.1. Soluii analitice .................................................................................240

    Schematizare a variabilitii .......................................................................240 Schematizare prin echivalare ....................................................................241

    5.2.3.2. Soluii numerice................................................................................244 Orientarea reelei de discretizare...............................................................244 Calculul valorii parametrului.......................................................................245

    5.3. Schematizare hidrodinamic .........................................................................246 5.3.1 Frontiere hidrodinamice ale structurilor acvifere ......................................248

    5.3.1.1. Frontier de tip sarcin piezometric impus...................................249 5.3.1.2. Frontier de tip debit impus..............................................................250 5.3.1.3. Frontier de tip debit dependent de sarcina piezometric ...............252 5.3.1.4. Frontier de tip suprafa liber .......................................................253 5.3.1.5. Frontier de tip suprafa de prelingere ...........................................254

    5.3.2. Condiii hidrodinamice iniiale .................................................................255 BIBLIOGRAFIE ......................................................................................VVVVVVVVVV ANEXE.....................................................................................................................260 TERMINOLOGIE HIDROGEOLOGIC STANDARDIZAT ....................................272 INDEX ......................................................................................................................291

  • 1

    1. FACTORII NATURALI AI ALIMENTRII I REGIMULUI APELOR SUBTERANE (Daniel Scrdeanu i Alexandru Gheorghe)

    Apele subterane i viaa lor misterioas, cu un regim special, difereniat net de cel al apelor de suprafa cu care comunic permanent, sunt n mare parte rezultatul alimentrii cu ap din cer a formaiunilor din adncurile Pmntului.

    Alimentarea condiioneaz volumul rezervelor de ap subteran din acvifere i absena ei o perioad ndelungat duce la epuizarea acestora.

    Regimul special al apelor subterane se difereniaz de cel al apelor de suprafa prin variabilitatea relativ redus, n timp i spaiu, a caracteristicilor hidrodinamice ale acestuia: cota nivelului piezometric, viteza de curgere, direcia de curgere etc.

    Factorii naturali

    care controleaz alimentarea i regimul apelor subterane pot fi grupai n trei categorii (Fig.1.1): factori climatici; factori hidrologici; factori geologici. Factorii climatici (temperatura, precipitaiile atmosferice, evapotranspiraia, umiditatea aerului etc.) sunt responsabili n principal de alimentarea acviferelor. Influena lor asupra regimului apelor subterane scade cu adncimea acviferelor i cu distana fa de domeniile de alimentare de la suprafa. Aciunea factorilor climatici asupra scurgerii subterane este intermediat de vegetaie, sol, scurgerea de suprafa i caracteristicile hidro-fizice ale formaiunilor geologice n care se dezvolt acviferele.

    Factorii climatici influeneaz direct i imediat regimul cursurilor de ap de suprafa. Efectul factorilor climatici asupra regimului cursurilor de ap de suprafa se transmite apelor subterane cu un decalaj, uneori considerabil (zeci sau sute de ani!!!), determinat de factorii geologici (tipul formaiunilor, extinderea acviferelor, structura spaial a acestora). Factorii hidrologici (scurgerea superficial pe versani, scurgerea total din reeaua hidrografic, apele stagnate de suprafa etc.) influeneaz alimentarea i regimul apelor subterane att prin elementele de bilan ale bazinului hidrografic asociat acviferelor ct i prin tipul legturilor hidraulice dintre acvifere i reeaua hidrografic. Conexiunile hidrodinamice ntre apele de suprafa i cele subterane sunt intermediate de factorii geologici.

    Factori climatici

    Factori hidrologici

    Factori geologici

    Fig.1.1. Factorii naturali care controleaz alimentarea i regimul apelor subterane

  • 2

    Factorii climatici i cei hidrologici sunt utilizai pentru prognoza unor elemente hidrogeologice cum ar fi: bilanul acviferelor, debitul scurgerii subterane, perioada de epuizare a acviferelor etc.).

    Factorii geologici sunt reprezentai prin litologia formaiunilor n care sunt acumulate acviferele, extinderea i structura spaial a acestora. Pentru acviferele de adncime cu domenii de alimentare i descrcare subterane, influena factorilor geologici asupra alimentrii i regimului apelor subterane este predominant, contribuia celorlali factori fiind nesemnificativ.

    n cazul acviferelor freatice, aflate n legtur hidraulic cu reeaua hidrografic, ponderea tuturor factorilor naturali este aproximativ egal.

    Identificarea factorilor naturali i a ponderii influenei acestora asupra

    alimentrii i regimului apelor subterane are ca obiective: clarificarea procesului de formare a acviferului; schematizarea distribuiei spaiale a parametrilor hidrogeologici; schematizarea condiiilor hidrodinamice iniiale i pe conturul acviferelor; Atingerea acestor obiective conduce la rezolvarea eficient a problemelor de

    hidrogeologie aplicat de tipul: captri pentru alimentrile cu ap, drenajul apelor subterane din zcmintele de substane minerale utile sau din zona de amplasare a unor construcii industriale sau civile, remedierea calitii acviferelor poluate etc.

    1.1. Ciclul hidrologic global Un volum de ap de circa 3310560 km (0,04% din volumul total de ap aflat pe planeta noastr) particip la un circuit denumit ciclu hidrologic global, asigurnd permanena apei i deci a vieii pe Pmnt. 1.1.1. Resursele de ap ale Pmntului O estimare a resurselor de ap ale Pmntului (Mar del Plate, 1977) relev faptul c apei srate i revine o proporie de 97,3% (Tabelul 1.1) din volumul total de ap. Numai o mic parte din volumul total de ap este disponibil pentru necesitile oamenilor.

    Tabelul 1.1. Resursele de ap ale Pmntului Volum Componente

    Milioane km3 % Oceanul planetar 1362,200 97,30

    Gheari 29,182 77,20 Ape subterane 8,467 22,40

    Lacuri i mlatini 0,132 0,35 Vapori n atmosfer 0,015 0,04

    Ruri 0,004 0,01

    Ap dulce

    TOTAL ap dulce 37,800 2,70 TOTAL GENERAL 1400,00 100,00

    Apa dulce din gheari, lacuri, mlatini i din atmosfer nu este utilizat n mod curent pentru necesitile industriale i potabile. Volumul de ape subterane de 8,467 milioane km3 corespunde acviferelor situate pn la circa 200m adncime, dar apele subterane dulci se pot gsi i la

  • 3

    adncimi mai mari. Pn la 2000 m adncime, acviferele au o capacitate de 24 milioane km3, iar pn la 5000 m adncime, capacitatea total se estimeaz la 60 milioane km3 de ap subteran (Castany, G.,1980). Ultimele date UNESCO arat c numai 0,63% din volumul total de ap al Pmntului este la dispoziia omului (ape dulci n stare lichid).

    Cele mai mari rezervoare de ap ale Pmntului au un rol important de regularizare (hidraulic, chimic, termic, biologic) datorit masei lor de inerie. n ordine descresctoare aceste rezervoare sunt: Oceanul planetar, ghearii, apele subterane (hidrosfera subteran), apele de suprafa ale continentelor (lacuri, mlatini, cursuri de suprafa) i atmosfera. Apele subterane constituie un rezervor important att prin mrimea resursei ct i prin repartiia geografic cea mai convenabil.

    Cu toate c apa reprezint elementul predominant din constituia

    organismelor animale i vegetale, apa biologic reprezint numai 0,0001% din volumul total de ap al Pmntului. 1.1.2. Energia ciclului hidrologic global Ciclul hidrologic este un sistem deschis n care radiaia solar este sursa principal de energie. Trecerea apei de la o stare de agregare la alta (lichid, vapori, solid) este asociat cu schimbarea energiei termice a acesteia. Energia rurilor este datorat energiei termice provenite de la Soare, energie care evapor apa de la nivelul oceanelor i o ridic la cote nalte de unde cade pe suprafaa Pmntului.

    Energia termic se exprim n calorii (1 calorie este energia termic/ cldura necesar creterii temperaturii unui gram de ap distilat de la 14,5oC la 15,5oC). La temperaturi cuprinse ntre 0oC i 40oC cldura latent de evaporare/condensare a apei, exprimat n calorii pe gram, poate fi estimat cu:

    Tcev = 564,03,597 (1.1)

    n cate T este temperatura exprimat n grade Celsius. Topirea unui gram de ghea la 0oC consum 79,7 calorii, iar sublimarea lui (trecerea direct din stare solid n stare de vapori) 677 calorii (suma cldurii latente de evaporare i topire: 597,3+79,7=677 calorii/gram). Transformrile apei de-a lungul ciclului hidrologic i transferurile de energie care le nsoesc sunt vitale pentru echilibrul termic al Pmntului.

    ntr-un an calendaristic, datorit nclinrii axei globului terestru, emisfera nordic (la latitudini mai mari de 380) pierde mai mult energie prin radiaie terestr dect primete prin radiaie solar, avnd un deficit de energie. ntre Ecuator i 380 latitudine nordic energia absorbit este mai mare dect cea radiat, realizndu-se un excedent de energie. Pentru a compensa acest dezechilibru, energia termic este transferat de curenii oceanici i de cei atmosferici din zona deficitar n cea excedentar, acest transfer determinnd condiiile climatice care afecteaz profund ciclul hidrologic global. 1.1.3. Dinamica ciclului hidrologic Ct timp exist Soarele, ciclul hidrologic nu are nceput i sfrit, este continuu. Deoarece cea mai mare cantitate de ap se afl n oceane, n mod

  • 4

    convenional, descrierea dinamicii ciclului hidrologic ncepe cu Oceanul iar succesiunea complet a etapelor acestui ciclu este urmtoarea (Fig.1.2):

    Apa din Ocean se evapor, mai mult n zona ecuatorial unde radiaia solar este mai intens i mai puin n zona polilor i ajunge n atmosfer sub form de vapori.

    Vaporii de ap din atmosfer, n condiii favorabile se transform n precipitaii care ajung pe Pmnt sau se evapor din nou nainte s ating suprafaa acestuia.

    Precipitaiile care au atins suprafaa uscatului intr pe diferite ci n ciclul hidrologic:

    o evaporare rapid la suprafaa terenului i revenire sub form de vapori n atmosfer;

    o stocare pe suprafaa topografic a apei sub diferite forme: ghea, zpad sau ap n stare lichid;

    o scurgere de suprafa sub aciune gravitaional n reeaua hidrografic organizat sau difuz;

    o infiltrare n formaiuni permeabile. Imediat sub suprafaa topografic, acolo unde exist formaiuni

    permeabile, este o zon n care porii conin ap i aer i care este cunoscut sub denumirea de zon vadoas sau zon de aerare. Apa din aceast zon poart denumirea de ap vadoas iar aceast ap urmeaz diferite ci n funcie de condiiile locale:

    Fig.1.2. Ciclul hidrologic global (dup R.J.M..de Wiest, 1965)

    Evaporare i transpiraie

    Roc

    i im

    perm

    eabi

    le

    Zon de aerare

    Evaporare

    Roci permeabile

    Scurgere de suprafa

    Curgere subteran

    Roci semipermeabile

    Infiltrare

  • 5

    o drenat de rdcinile plantelor care dup ce o utilizeaz o transmit prin transpiraie, sub form de vapori, n atmosfer;

    o curgere hipodermic n cazul prezenei unor intercalaii impermeabile n zona vadoas;

    o evaporare spre suprafaa topografic, atunci cnd temperatura este ridicat i grosimea zonei vadoase este redus.

    Excesul de ap vadoas este drenat gravitaional, se transform n ap subteran, satureaz formaiunile permeabile i formeaz acvifere. Apa subteran curge sub aciunea gravitaiei prin formaiunile permeabile i o parte din ea revine la suprafa prin izvoare, sau este drenat n ruri, lacuri, mri, Oceanul planetar.

    Apa magmatic este coninut n magmele din crusta Pmntului. Atunci cnd magmele ajung la suprafa, n domeniul continental sau oceanic, apa magmatic particip la ciclul hidrologic global.

    O parte din apa oceanelor coninut n sedimente este antrenat prin subducie i intr n compoziia magmei fiind sustras din ciclul hidrologic global.

    1.1.4. Ecuaia ciclului hidrologic

    Ecuaia ciclului hidrologic este o modalitate de evaluare cantitativ a acestuia. Ea este o exprimare a legii conservrii masei i poate fi scris simplificat sub forma:

    StocariIesiriIntrari = (1.2) Ecuaia poate fi aplicat sistemelor de orice dimensiune, de la un mic rezervor pn la scara continentelor sau globului terestru. Ecuaia este dependent de timp: elementele de intrare trebuie msurate n aceeai perioad de timp n care sunt msurate ieirile.

    Comparnd bilanul oceanic cu bilanul continental (Fig.1.3) rezult un dezechilibru de 36.400 km3/an, care este compensat de:

    circuitul continuu de vapori de ap, n atmosfera superioar, din domeniul oceanic ctre continente;

    scurgerea total din domeniul continental n cel oceanic. Acest dezechilibru este

    compus din scurgerea de suprafa (34.400 km3/an) i descrcarea direct a apelor subterane n Oceanul planetar (2000 km3).

    Ecuaia ciclului hidrologic poate fi detaliat pentru diferite domenii spaiale (n Tabelul 1.2 sunt explicitate notaiile din ecuaiile bilanului): pentru Oceanul Planetar (OP )

    OPOPOP YPE = (1.2)

    Fig.1.3. Ecuaii ale ciclului hidrologic la scar global (A), oceanic (B) i continental (C) (cifrele ncadrate sunt exprimate n km3 iar restul n km3/an; dup Castany, 1980))

  • 6

    pentru domeniul continental (U ):

    YPE UU = (1.3)

    bilanul global al ntregii Hidrosfere:

    UOPUOP PPEE +=+ (1.4) Volumul de ap al precipitaiilor (ploi + zpezi) ntr-un an mediu este egal cu volumul de ap evaporat. Circuitul continental mai este cunoscut ca circuitul mic datorit cantitilor reduse de ap pe care le transport. Evaluarea componentelor hidrosferei i a ciclului hidrologic global are un caracter aproximativ, dat fiind dificultatea calculelor respective. n aceste condiii, este important de reinut ordinul de mrime al componentelor bilanului i raporturile dintre acestea. O difereniere a comportrii rezervelor de ap ale Pmntului se poate face cu ajutorul conceptului de durat de refacere (Castany, G.,1980), adic timpul necesar refacerii rezervei, prin alimentare natural, dup ce rezervorul subteran este golit de ap.

    Aceast durat se calculeaz ca raport ntre capacitatea rezervorului i aporturile naturale. Cu ct durata de refacere este mai mic, cu att riscul de propagare a polurii acviferelor este mai mare i cu ct aceast durat de refacere este mai mare, cu att procesele de depoluare sunt mai dificile.

    Tabelul 1.2. Elementele ecuaiei ciclului hidrologic

    Domeniul

    Elemente Volum

    [km3/an]

    Coloan echivalent

    [mm/an]

    % Oceanul planetar

    Precipitaii (POP) 400.400 1109 77,0

    (361x106km3)

    Aportul scurgerii totale (YOP)

    36.400

    101

    Evaporri (EOP) 436.800 1210 84,0 Evapotranspiraie

    (EU) 74.200 624 14,3

    Scurgere total (Y) 36.400 306

    Regiuni ale uscatului cu

    scurgere

    (119x106km3) Precipitaii (PU) 110.600 930 21,3

    Regiuni endoreice

    Precipitaii 9.000 300 1,7

    (30x106km3) Evapotranspiraie 9.000 300 1,7 Total

    Hidrosfer Precipitaii 520.000 1.020 100,0

    (510x106km3) Evapotranspiraie 520.000 1.020 100,0

    Tabelul 1.3. Durata medie de refacere a marilor rezervoare de ap Rezervorul Durata de refacere Rezervorul Durata de refacere

    Oceanul planetar 2.600 ani Lacurile 17 ani Apele subterane De la civa ani

    pn la mii de ani Reeaua

    hidrografic 18 zile

    Umiditatea solului 1 an Apa biologic Cteva ore Calotele glaciare 10.000 ani Atmosfera 10 zile

  • 7

    Apele subterane (Tabelul 1.3.) se caracterizeaz prin durate mari i foarte mari de refacere, de la civa ani pentru acviferele freatice pn la mii de ani pentru acviferele adnci.

    1.2. Regimul termic Energia necesar deplasrii apei n cadrul ciclului hidrologic global este furnizat n principal de radiaiile solare din domeniul lungimilor de und

    0,20L= . Intensitatea medie a radiaiei solare recepionat de Pmnt este de 0,30 ly (langley) i poate fi exprimat i n cal/cm2 sau kW/m2:

    1ly = 0,0697 watt/cm2 = 1 cal/cm2 (1.5) Radiaia solar este parial reflectat n atmosfer, fraciunea reflectat este numit albedou i se exprim n procente (Tabelul 1.4). Radiaiile solare, la contactul cu solul i apele curgtoare, se transform n energie caloric provocnd nclzirea aerului atmosferic, solului i apelor de suprafa i subterane. Temperaturile se exprim n grade Celsius (oC) sau n grade Fahrenheit (oF), relaia de echivalen fiind:

    ( )3295 = FC oo (1.6)

    Propagarea energiei calorice n timp i spaiu, n funcie de neomogenitatea i anizotropia mediului, determin regimul termic al aerului, solului i apelor. 1.2.1. Regimul termic al aerului Sursa de cldur principal care determin regimul termic al aerului este solul. Prin difuzia energiei calorice din sol spre pturile superioare ale aerului se produce o stratificare a temperaturii aerului. Variabilitatea radiaiei solare care nclzete solul condiioneaz variaia temperaturii aerului care are valori maxime vara, cnd intensitatea insolaiei este maxim, i valori minime (negative) iarna, cnd insolaia este minim. Variaia diurn a intensitii insolaiei determin diferene mari ntre temperaturile aerului din timpul zilei i cele din timpul nopii. Regimul termic al aerului se stabilete pe baza msurtorilor sistematice efectuate cu ajutorul termometrelor montate la 2m deasupra solului, n adposturi speciale care le protejeaz de incidena direct a radiaiei solare. Regimul termic al aerului este cuantificat prin:

    temperaturile medii pentru diferite intervale de timp (zi, lun, anotimp, an, perioade multianuale);

    temperaturi extreme (minim, maxim) pentru diferite intervale de timp (zi, lun, anotimp, an, perioad multianual);

    grad zi, care reprezint suma gradelor zilnice, dintr-un anumit interval de timp, care depesc un anumit grad de temperatur ( ex.: suma gradelor care depesc 0oC n timp de o lun de iarn);

    Tabelul 1.4. Valorile albedou-ului pentru diferite tipuri de suprafee

    Tipul suprafeei Albedou [%] Zpada curat 7590 Nisipul 3543 Argila 1623 Iarba verde 26 Pdure de conifere 1018 Suprafaa apelor 2

  • 8

    grafice de variaie n timp a temperaturii ntr-un punct de msurare (staie meteorologic) realizate pe baza seriilor de temperaturi msurate n timp;

    hrile cu izoterme (linii de egal valoare a temperaturii) realizate la anumite momente i pe anumite zone cu valorile de temperatur din toate punctele de observaie msurate n zona respectiv.

    Regimul termic al aerului condiioneaz n mod direct procesul de evaporare a apei de la suprafaa solului (apa din ruri, lacuri etc.), din atmosfer (apa din precipitaii) i din zona de aerare a acviferelor freatice (apa subteran care particip la curgerea hipodermic i cea a acviferelor, la nivelul suprafeei piezometrice). 1.2.2. Regimul termic al solului Energia caloric recepionat de sol de la Soare este separat n dou componente distincte:

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

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

    Regimul termic al solului, determinat de propagarea cldurii de la suprafa spre adncime, se obine de regul prin msurtori directe executate cu termometre plasate la diferite adncimi. Variabilitatea temperaturii se reduce proporional cu creterea adncimii (Tabelul 1.5; Fig.1.4))

    Variaia temperaturii n subsol este influenat de variaia temperaturii de la suprafaa terenului pn la o adncime de maximum 8-10m. La adncimi mai mari de 10 m se resimte influena gradientului geotermic care determin, n medie, o cretere cu un grad Celsius a temperaturii rocii pentru fiecare 33m.

    Tabelul 1.5. Variaia temperaturii solului cu adncimea, n staia meteorologic Gheorghieni (dup I.Vladimir, 1978)

    Adncimi de msurare a temperaturii solului [cm] Data

    Temp aer [oC]

    la H = 2m

    0 -5 -10 -15 -20 -30 -40 -60 -80 -100

    Temperaturi ale solului [oC] 4.01.63

    1.1 -0.3 0 0 0.2 0.5 1.6 1.6 3 4.5 5.4

    4.07.63 20.5 29.1 26 25.3 25 24.8 23.9 23.6 22.4 19.8 19.8

    -110

    -90

    -70

    -50

    -30

    -10

    10

    5- 0 5 10 15 20 25 30

    Fig. 1.4. Variaia temperaturii solului cu adncimea n staia meteo Gheorghieni.

    Temperatura solului [oC]

    Suprafaa terenului (adncime 0cm)

    Temperatura solului vara

    Ad

    ncim

    i n

    sol [

    cm]

    Temperatura solului iarna

  • 9

    1.2.3. Regimul termic al apelor Variabilitatea intensitii radiaiei solare, modalitatea de transfer a energiei calorice i dinamica maselor de ap determin diferenierea regimului termic al apelor de suprafa n raport cu cel al apelor subterane. 1.2.3.1. Regimul termic al apelor de suprafa Regimul termic al apelor de suprafa, curgtoare i stagnante, se difereniaz net datorit distribuiei energiei calorice n masa de ap. Curgerea n regim turbulent a apelor curgtoare determin un amestec continuu al maselor de ap i o uniformizare a temperaturii pe ntreaga seciune de curgere. Temperatura acestor ape urmrete cu un anumit decalaj temperatura aerului. Dac temperatura aerului scade sub zero grade Celsius, temperatura apei n stare lichid se stabilizeaz n jurul acestei temperaturi i se suprarcete, cu fraciuni de grad Celsius, numai dac perioada de timp cu temperaturi negative este suficient de mare. Dac apa curgtoare primete un aport de ap subteran cu temperatur diferit, efectul asupra regimului termic este proporional cu diferena de temperatur dintre apa de suprafa i cea subteran i debitul aportului subteran, i se evalueaz pe baza ecuaiei de bilan termic: ( ) tQQtQtQ faffaa +=+ (1.7) n care

    aQ - debitul apei curgtoare n amonte de aportul din acviferul freatic;

    fQ - aportul de ap subteran din acviferul freatic;

    fa tt , - temperaturile apei de suprafa i subteran, corespunztoare debitelor; t - temperatura apei de suprafa n aval de aportul din acviferul freatic. Regimul stagnant al apei din lacuri configureaz cu totul diferit distribuia temperaturii n timp i spaiu. Distribuia temperaturii apei n lacurile naturale adnci sau n lacurile de acumulare se stabilete n funcie de sursele de cldur i de curenii verticali din masa de ap. Sursele de nclzire ale apei din lacuri sunt: radiaia solar, aerul i ncrcarea termic a cursurilor de ap care alimenteaz lacurile. Rcirea apei lacurilor se produce noaptea, n absena radiaiei solare i prin fenomenul de evaporare sau prin aportul de ap rece provenit din precipitaii sub form de zpad sau din cursuri de ap confluente. n aceste condiii, distribuia temperaturii apei din lac este ntr-o permanent modificare cu o stratificare caracteristic: pn la o adncime cuprins ntre 8 i 10 m, variaiile temperaturii apei sunt foarte

    pronunate, n legtur direct cu temperatura aerului i a diverselor surse de nclzire sau rcire;

    la adncimi cuprinse ntre 10 i 50 m variaiile temperaturii sunt atenuate datorit ineriei termice a apei;

    la adncimi mai mari de 5060m, temperatura apei lacurilor rmne constant i egal cu 4oC, temperatur corespunztoare densitii maxime a apei.

  • 10

    Pentru evaluarea distribuiei temperaturii apei se fac msurtori ntr-o reea de puncte cu distribuie uniform att n plan orizontal ct i pe adncime. Reprezentarea distribuiei temperaturii se face cu ajutorul izopletelor (Fig.1.5). 1.2.3.2. Regimul termic al apelor subterane Apele subterane, plasate pe o gam larg de adncimi i cu o dinamic mult mai lent dect a apelor curgtoare, au o stratificare caracteristic a regimului termic:

    pn la adncimi de 15 m temperatura apelor subterane este dependent de temperatura aerului;

    la adncimi cuprinse ntre 15 i 25 m, temperatura apelor subterane este constant i egal cu temperatura medie multianual a aerului de la suprafa;

    la adncimi mai mari de 25 m, temperatura apelor subterane se afl sub aciunea gradientului geotermic.

    Un factor important n modificarea regimului termic al apelor subterane este i legtura hidrodinamic cu apele de suprafa care pot perturba semnificativ distribuia temperaturilor n hidrostructuri. Regimul termic al apelor subterane afecteaz n mod semnificativ capacitatea lor de dizolvare, fiind determinant pentru compoziia lor chimic. 1.3. Precipitaiile atmosferice Datorit circulaiei maselor de aer de la temperaturi mai ridicate la temperaturi mai reduse, aerul devine suprasaturat i vaporii de ap n exces se transform n precipitaii. Factorii principali care determin repartiia precipitaiilor sunt: poziia fa de oceane i mri, direcia vnturilor dominante, relieful, gradul de mpdurire. 1.3.1. Tipuri de precipitaii i formarea lor

    Precipitaiile se produc direct la suprafaa terenului i a corpurilor solide (roua, chiciura, poleiul) sau direct n atmosfer (ploaia, zpada, mzrichea, grindina). n funcie de condiiile de temperatur n care apar, precipitaiile sunt lichide (ploaie, cea, rou, formate prin condensare) sau solide (zpad, grindin, chiciur, formate prin sublimare).

    Prin detent sau convecie, aerul capt o micare ascensional de-a lungul suprafeelor de separaie dintre masele de aer cald i rece din formaiunile ciclonice. La temperaturi mai mici dect temperatura punctului de rou a umiditii iniiale a

    20oC10oC 6oC

    5oC 4oC

    1993 1994

    4oC

    Temperatura aerului

    Termoizoplet

    0 10

    30 20

    40 50

    30oC20oC10oC

    Ad

    ncim

    i[m]

    Fig.1.5. Reprezentarea distribuiei temperaturii apei din lacuri prin izoplete.

  • 11

    aerului, pe corpurile microscopice solide din atmosfer condenseaz surplusul de umiditate. La temperaturi negative are loc i procesul de sublimare prin care se formeaz mase de cristale fine de ghea.

    Condensarea i sublimarea conduc la formarea norilor (cumulonimbus, altocumulus, cirrus etc.) la nlimi (H) ce pot fi evaluate cu formula:

    ( )ra TTH = 122 [m] (1.8)

    n care aT - temperatura aerului la suprafaa terenului;

    rT - temperatura punctului de rou corespunztoare umiditii absolute n aerul de la sol (temperatura punctului de rou este temperatura aerului la care umiditatea absolut devine umiditate de saturaie).

    Norii sunt formai din mici particule sferoide de ap cu raze variind ntre 1 i 20 . Prin contact, acestea i mresc volumul i dac norul conine cristale de ghea se formeaz mici sferoide de ghea cu diametre de 0,2 3,5 mm. Dac n exteriorul norului temperatura este pozitiv, micile sfere n cdere se topesc devenind picturi iar dac temperatura rmne sub 0oC, cad sub form de zpad. Viteza de cdere la sol variaz de la 4 la 8 m/s, n funcie de diametrul picturilor. Capacitatea norilor de a elibera precipitaii din volumul propriu este n medie de 3 litri/m3.

    Precipitaiile pot fi clasificate dup modul de formare, durat i intensitate (intensitatea fiind calculat din cantitatea de precipitaii exprimat n milimetri coloan de ap, raportat la o suprafa unitar i o unitate de timp).

    Dup modul de formare, precipitaiile pot fi separate n : precipitaii frontale (Fig.1.6), formate fie prin avansarea aerului cald

    peste o mas de aer rece (frontul ploilor este lat, cu pant redus iar ploile sunt luminoase), fie prin avansarea aerului rece spre cel cald (frontul de ploi este ngust i ploile sunt ntunecoase);

    precipitaii convective (Fig.1.7a), formate prin ridicarea maselor de aer

    pe vertical, datorat nclzirii neuniforme a acestora; astfel de precipitaii se produc vara i sunt asociate cu nori cumulus;

    precipitaii orografice (Fig.1.7b), formate prin deplasarea maselor de aer de-a lungul reliefului, spre zone mai nalte avnd temperaturi mai joase care determin condensarea vaporilor de ap i precipitarea lor.

    Aer rece

    Aer cald

    Aer rece Aer cald

    Fig.1.6. Precipitaii frontale

  • 12

    Dup durat i intensitate, precipitaiile pot fi separate n:

    ploi toreniale, caracterizate prin durate care nu depesc 24 de ore i valori mari ale intensitii; ploile toreniale provoac ridicarea brusc a nivelului apei din ruri i lacuri cu efect asupra nivelului apelor subterane din zonele riverane.

    averse, caracterizate prin durat redus i intensitate mare (>0,5mm/minut), de regul pe un areal redus.

    Intensitatea precipitaiilor este cuantificat prin raportul dintre coloana de ap acumulat pe unitatea de suprafa ( h ) i durata corespunztoare ( t ):

    thi = ; [mm/min] (1.9)

    n general, intensitatea precipitaiilor este cuprins ntre 0,04 mm/min i 0,5 mm/min, iar ploile lente au intensitatea mai mic de 0,04 mm/min. Cea mai mare influen n alimentarea apelor subterane o au ploile de durat mare i intensitate moderat care asigur o perioad de infiltrare mare. Precipitaiile solide contribuie la alimentarea apelor subterane numai primvara, prin topirea zpezilor.

    Precipitaia eficace reprezint partea din precipitaia total care rmne disponibil la suprafaa terenului dup scderea pierderilor prin evapotranspiraie, fiind deci echivalent cu scurgerea total (de suprafa i subteran) potenial, adic resursa natural de ap regenerabil. 1.3.2. Msurarea precipitaiilor Msurarea precipitaiilor se realizeaz n reeaua de staii meteorologice i posturi pluviometrice. Configuraia spaial a acestei reele trebuie s aib o densitate suficient care s asigure precizia necesar estimrii repartiiei i cantitii medii de ap provenit din ploaie sau din topirea zpezii.

    Msurarea cantitii de ap provenit din ploi se face cu ajutorul pluviometrului. Pluviometrul utilizat curent n Romnia este format dintr-un corp cilindric de metal avnd la partea superioar o plnie cu suprafaa de 200 cm2, prin care se capteaz apa. Volumul de ap acumulat n decursul unui interval de timp se msoar cu o eprubet gradat n unitile n care se exprim precipitaiile (litru/m2 sau mm coloan de ap/m2). Dac aparatul este prevzut cu un dispozitiv de nregistrare automat a cantitii de ap acumulat n timp poart denumirea de pluviograf.

    Aer cald Aer rece

    a) b) Fig.1.7. Precipitaii convective (a) i orografice (b)

  • 13

    Recepionarea precipitaiilor prin pluviometre este n general afectat de aciunea vntului. Fr msuri speciale, un pluviometru are urmtoarele pierderi cauzate de vnt:

    Viteza vntului [m/s] 0 2 6 10 Pierderi pluviometru

    [%] 0

    4

    19

    40

    Pentru a reduce pierderile cauzate de vnt se monteaz ecrane n jurul

    corpului pluviometrului. Msurarea cantitii de ap provenit din zpad necesit msurarea

    urmtoarelor elemente: grosimea stratului de zpad iniial i cumulat, greutatea volumic a zpezii, cantitatea de ap cumulat n timpul cderii de zpad, rspndirea suprafeelor acoperite cu zpad pn la momentul dispariiei acesteia.

    Grosimea stratului de zpad se msoar cu ajutorul unei rigle gradate sau cu instalaii cu emisie de radiaii.

    Cantitatea de ap cumulat n timpul cderii de zpad se msoar prin nivometre. Nivometrele sunt aparate similare pluviometrelor, uneori cu seciunea plniei mai mare, prevzute cu ecrane de protecie la vnt. Zpada captat de plnie se transform n ap cu ajutorul unei instalaii de nclzire sau prin adugarea unui volum cunoscut de clorur de calciu.

    Suprafaa acoperit cu zpad se determin cu ajutorul fotografiilor aeriene.

    Cantitatea de ap provenit din precipitaii (ploi sau zpezi) se exprim prin grosimea stratului de ap acumulat pe unitatea de suprafa n unitatea de timp sau prin volumul de ap acumulat pe unitatea de suprafa n unitatea de timp; exemplu:

    anmlitri

    anmmX == 2660660 (precipitaia medie multianual n Romnia)

    Aceste valori se obin prin raportarea volumului de ap acumulat la suprafaa

    pe care a fost interceptat i la intervalul de timp corespunztor. 1.3.3. Evaluarea precipitaiilor Datele pluviometrice nregistrate pe lungi perioade de timp n sistemul meteorologic naional se gsesc n publicaiile periodice ale Administraiei Naionale de Meteorologie. Prelucrarea datelor pluviometrice se face cu scopul de a condensa un ansamblu de msurtori n: grafice pentru

    reprezentarea regimului pluviometric;

    parametri statistici descriptivi necesari evalurii alimentrii apelor subterane (ex.: precipitaia medie anual, precipitaia medie lunar).

    Fig.1.8. Precipitaia lunar medie (dup Gtescu,P. i alii, 1979) perioada 1896-1974 perioada 1965-1974

  • 14

    1.3.3.1. Regim pluviometric

    Regimul pluviometric reprezint variaia precipitaiilor (anuale, sezoniere, lunare, maxime, minime etc.) dintr-o anumit perioad de studiu n raport cu precipitaiile medii multianuale sau cu precipitaiile medii dintr-o perioad reper.

    Cunoaterea regimului pluviometric este necesar, n special n cazul acviferelor freatice al cror nivel piezometric poate fi puternic afectat n perioadele de exces sau deficit de umiditate.

    Regimul pluviometric nregistrat n trei staii din Cmpia Romn n perioada 1965-1974 (Fig.1.8) se caracterizeaz printr-un exces de precipitaii care a determinat ridicarea nivelului apelor freatice pn la suprafaa terenului (Gtescu P. i alii, 1979). 1.3.3.2. Precipitaie medie

    Calculul precipitaiei medii pe ansamblul unui bazin hidrografic se bazeaz pe valorile nregistrate la staiile meteorologice. Pentru calculul mediilor multianuale sunt necesare msurtori realizate pe o perioad de minimum 20-30 de ani.

    Metoda mediei aritmetice simple este cea mai simpl estimare a precipitaiei medii, lundu-se n considerare, cu aceeai pondere, toate pluviometrele din bazinul respectiv. Metoda poate da rezultate bune cnd reeaua pluviometric are o rspndire uniform iar valorile precipitaiilor au dispersie redus (nu difer mai mult de 10% fa de medie).

    n cazul precipitaiilor cu variabilitate spaial mare se utilizeaz metoda izohietelor, metoda Thiessen sau kriging-ul zonal. Metoda izohietelor admite variaia liniar a precipitaiilor ntre dou puncte de observaie vecine (Fig.1.9). Izohietele (curbe de egal valoare a precipitaiilor), trasate prin interpolare liniar, delimiteaz o serie de suprafee elementare. Pentru fiecare astfel de suprafa ( if ) se calculeaz o precipitaie medie pe baza celor dou izohiete ( 1, +ii hh ) care o delimiteaz, iar precipitaia medie pe ntregul bazin ( mh ) se calculeaz ca o medie aritmetic ponderat cu suprafeele elementare:

    ==

    ++=ni

    ii

    iim f

    hhF

    h1

    1

    21

    (1.10)

    n care F - suprafaa total a bazinului hidrografic;

    Fig.1.9. Calculul precipitaiei medii pe un bazin hidrografic prin metoda izohietelor post pluviometric limita bazinului hidrografic aliniamente de interpolare linear a precipitaiilor suprafa elementar fi 850 izohieta de 850mm/an

  • 15

    n - numrul total de suprafee elementare. Metoda Thiessen atribuie fiecrui post pluviometric o pondere proporional cu suprafaa unui poligon. Delimitarea poligonului unui post pluviometric se realizeaz prin intersecia mediatoarelor segmentelor care unesc postul pluviometric cu toate posturile vecine. Pentru posturile pluviometrice plasate n vecintatea limitei bazinului hidrografic, poligonul se nchide pe limita acestuia (Fig.1.10.). Precipitaia medie se calculeaz ca o medie aritmetic ponderat n funcie de suprafeele poligoanelor asociate fiecrui post pluviometric:

    ==

    =ni

    iiim fhF

    h1

    1 (1.11)

    n care if - suprafaa poligonului postului pluviometric i ;

    ih - valoarea precipitaiei msurat n postul pluviometric i .

    n calculul precipitaiei medii pe bazin se pot lua n considerare precipitaiile medii, maxime, minime sau cu o anumit asigurare, dintr-o anumit perioad. Metoda Kriging-ului zonal este cea mai performant pentru estimarea valorii medii a precipitaiilor ntr-un domeniu spaial bidimensional sau tridimensional (Scrdeanu, D. et al., 2001, 2003). Metoda pondereaz valorile din fiecare post pluviometric pe baza legii de variaie spaial identificat prin intermediul variogramei. Metoda permite calculul erorii de estimare a precipitaiilor medii n orice punct de estimare i n condiiile unei dispersii diferite de la o zon la alta.

    1.3.4. Ploi acide Depunerea de material acid din atmosfer n ecosistemele terestre i acvatice este cunoscut sub denumirea de ploaie acid. Termenul de ploaie acid este aplicabil tuturor formelor de precipitaii acide, incluznd ploaia, ceaa, roua, zpada i lapovia.

    Precipitaiile puin influenate de acizii antropogeni au un pH normal de aproximativ 5,6. Studii recente sugereaz c precipitaiile normale au un pH care variaz ntre 5 i 6. Aciditatea atmosferei este datorat n principal emisiilor antropogene de compui ai sulfului i azotului, n principal sub form de 2SO i xNO . Principalele

    Fig.1.10. Delimitarea suprafeelor poligonale cu metoda Thiessen

    numrul suprafeelor poligonale

    limita bazinului hidrografic 360 post pluviomeric cu precipitaia n mm/an

    12

  • 16

    surse de sulf sunt arderea combustibililor organici (crbunele i produsele din petrol) i topirea minereurilor. n ultimii 20 de ani industria a redus emisiile de sulf de la 11 la 7 milioane de tone. Majoritatea emisiilor de xNO sunt asociate cu transporturile (40%), restul provenind din producerea i utilizarea energiei electrice i din industrie (V.P.Singh, 1995).

    Compuii sulfului i azotului sunt oxidai n atmosfer prin oxidarea eterogen a gazelor dizolvate n aerosolii lichizi i prin oxidare omogen n faz gazoas.

    Dioxidul de sulf ( 2SO ) contribuie n principal la creterea aciditii precipitaiilor, mai mult dect dioxidul de carbon ( 2CO ) prezent n stratele superioare ale atmosferei, din dou motive:

    este mai solubil n ap (constanta legii lui Henry pentru 2SO este

    atmlitrumol

    2,1 iar pentru 2CO este atmlitrumol

    21038,3

    constanta de echilibru ( aK ) a reaciei de dizolvare pentru 2SO este [ ] [ ]

    [ ] 223 107,1 +

    ==SO

    HSOHKa , cu peste patru ordine de mrime mai mare

    dect pentru 2CO,

    [ ] [ ][ ] 72

    3 1045,4 +

    ==CO

    HCOHKa .

    Ploile acide nu sunt un fenomen nou. Ele au fost observate acum o sut de

    ani n Marea Britanie. Prima manifestare a acestui fenomen a fost coninutul ridicat de 24

    SO n precipitaiile colectate din zonele industriale. Dovezi mai recente au fost obinute din analizele precipitaiilor n Suedia n 1950 i n Statele Unite ale Americii n 1960.

    Un studiu experimental detaliat asupra ploilor acide a fost realizat n New Hampshires White Mountains, n perioada 1964-1974. Valoarea medie a pH-ului precipitaiilor a fost 1,00,4 cu o cretere a concentraiei de hidrogen de 36% pentru ntreaga perioad a experimentului.

    Concentraiile ionilor pentru precipitaiile acide tipice (Tabelul 1.6) indic predominana ionului sulfat urmat de cel azotic i pe locul al treilea cel clorhidric.

    Tabelul 1.6.Valori tipice ale concentraiei ionilor n precipitaiile acide (dup S. E. Manahan, 1991)

    Cationi Anioni Ion Concentraie

    [echiv/litru x106] Ion Concentraie

    [echiv/litru x106] +H 56 24

    SO 51 +4NH 10

    3NO 20

    2+Ca 7 Cl 12 +Na 5 TOTAL 83 2+Mg 3

    +K 2 TOTAL 83

  • 17

    n raport cu ploile, zpada poate concentra o aciditate mai mare. Ceaa acid este mult mai agresiv datorit caracterul ei ptrunztor. n

    decembrie 1982, o cea persistent de dou zile, cu un pH de 1,7 (mult mai mic dect al tuturor ploilor acide nregistrate pn la cea dat n zon !!), a produs iritarea cilor respiratorii.

    Dei emisiile din activitile industriale i din arderea combustibililor fosili sunt sursele majore pentru formarea gazelor generatoare de acizi, ploile acide sunt semnalate i n zone situate departe de astfel de surse. Acest lucru este datorat n parte faptului c formarea prin oxidare a constituenilor acizi dureaz cteva zile, timp n care masele de aer care conin aceste gaze se pot deplasa sute sau mii de kilometri. Este cazul arderilor de biomas practicate n agricultur care conduc la formarea ploilor acide n zone situate la mari distane de sursa polurii. n zonele aride, gazele acide uscate sau acizii fixai pe particule solide prin depunere au acelai efect ca ploile acide.

    Ploile acide sunt identificate pe suprafee de sute i chiar mii de kilometri ptrai. Analiza micrii maselor de aer indic o strns corelaie ntre ploile acide i micarea maselor de aer din zonele surselor antropogene de oxizi de sulf i azot. Acest lucru este evident n zona sudic a Scandinaviei care este destinaia unei mari cantiti de aer poluat provenit din zonele intens populate i industrializate.

    O tehnic important n studiul ploilor acide este compararea tipurilor de sulfai primari (cei emii direct de sursele de poluare naturale sau antropogene) cu cele de sulfai secundari (formai prin oxidarea atmosferic a 2SO -ului):

    concentraia redus de sulfai primari indic transportul poluanilor de la o anumit distan;

    concentraia ridicat de sulfai primari indic surse locale de emisie de poluani.

    Sulfaii primari pot fi difereniai de cei secundari pe baza coninutului izotopic de oxigen 18. Acest coninut este mai mare n sulfaii primari emii direct de activitile industriale sau arderea combustibililor dect n sulfaii secundari formai prin oxidarea 2SO -ului n atmosfer. Aceast tehnic poate aduce importante informaii utile pentru stabilirea originii ploilor acide.

    Principalele efecte ale ploilor acide asupra mediului terestru i acvatic sunt: degradarea plantelor datorat excesului de aciditate (exemple evidente:

    degradarea pdurilor din estul Statelor Unite ale Americii, sudul Scandinaviei, Germania);

    toxicitatea plantelor rezultat prin creterea coninutului de 3+Al eliberat din sol;

    efecte negative asupra cilor respiratorii la om i animale; creterea aciditii apei lacurilor, cu efecte toxice asupra florei i faunei, n

    special asupra somonilor i pstrvilor; coroziunea structurilor expuse, reelelor electrice, echipamentelor i

    materialelor ornamentale, din cauza aciunii ionului de hidrogen,

    OHCOCaCaCOH 222

    32 +++ ++

    calcarul ( 3CaCO ) fiind n mod special atacat de ploile acide. efecte asociate precum reducerea vizibilitii determinat de aerosolii

    sulfailor i influena acestora asupra caracteristicilor fizice i optice ale norilor (crete reflectana luminii, reducndu-se i nclzirea atmosferei datorat efectului de ser).

    Ploilor acide li s-a acordat o atenie deosebit n anii 1980, perioad n care au fost elaborate modele complexe ce au avut ca obiectiv prognoza fenomenului n

  • 18

    timp i spaiu (Turkey-Mersey Watershed Acidification Model; Lam et al., 1988; Integrated Lake Watershed Acidification Model; Chen et al., 1983, Enhanced Trickle-Down Model; Schnoor et al., 1984; Nikolaidas et al., 1987, Model of Acidification of Groundwater In Catchment; Cosby et al., 1986). n general, astfel de modele sunt de o mare complexitate iar colectarea datelor i evaluarea modelului necesit un efort imens. Hansen and Mueller (1990) au estimat c pentru realizarea modelului RADM (Regional Acid Deposition Model - model realizat n Statele Unite ale Americii n 1986) costurile se ridic la 20 milioane de dolari, iar pentru colectarea datelor necesare evalurii modelului sunt necesare nc 30 milioane de dolari.

  • 19

    1.4. Evapotranspiraia Evapotranspiraia este un proces complex de transformare a apei n vapori printr-o serie de procese fizice (evaporare n cazul fazei lichide i sublimare n cazul zpezii i gheii) i biologice (transpiraie).

    Transformarea apei n vapori se produce la suprafaa terenului, n teren (la adncimi reduse) i n nveliul vegetal (natural sau cultivat).

    n zonele de cmpie cu climat arid cea mai mare parte a apei ajuns sub form de precipitaii la suprafaa solului revine n atmosfer sub form de vapori. ansa ca apa din precipitaii s ajung n acvifere este favorizat de panta redus a suprafeei topografice, permeabilitatea mare a formaiunilor acoperitoare, temperatura redus a aerului (deasupra celei de nghe!). 1.4.1. Evaporarea Evaporarea poate afecta toate formele de ap lichid:

    apa meteoric din atmosfer, reinut de nveliul vegetal i apa czut pe suprafaa terenului;

    suprafeele de ap liber ale Oceanului Planetar, lacurilor i cursurilor de ap;

    apa subteran din profilul de sol, din zona vadoas, din zona capilar i chiar din acviferele freatice situate la mic adncime.

    Procesul de evaporare const n desprinderea moleculelor de la suprafaa apei sau din terenul umed sub aciunea radiaiei solare i trecerea lor n stare de vapori care revin n atmosfer. n toate cazurile, viteza de evaporare este influenat de: puterea evaporant a atmosferei, tipul suprafeei evaporante i aptitudinea de alimentare a evaporrii. Puterea evaporant a atmosferei se refer la starea acesteia n vecintatea suprafeei evaporante i la capacitatea sa de a provoca evaporarea; ea poate fi msurat direct pe teren cu ajutorul evaporimetrelor, reprezint grosimea stratului de ap evaporat i se exprim n mm/zi. Factorii care determin puterea evaporant sunt: deficitul de saturaie al atmosferei, temperatura aerului i a apei, presiunea barometric, chimismul apei, altitudinea etc. Numai o determinare in situ poate s in seama, simultan, de toi aceti factori. Suprafeele umede evaporante sunt studiate din punct de vedere al disponibilitilor de ap i al aptitudinii lor de a alimenta evaporarea. n acest sens, n cercetarea hidrogeologic este interesant evaporarea la suprafaa unui teren lipsit de vegetaie, precum i n condiiile unor stri de umiditate diferite:

    teren (sol) saturat cu ap; teren nesaturat; acvifer freatic situat la adncime redus.

    Dac terenul este saturat cu ap, viteza de evaporare este egal cu cea de la nivelul unei suprafee libere de ap.

    n afar de caracteristicile fizice ale terenurilor din zona vadoas (porozitate, granulaie, grad de saturaie), evaporarea la suprafaa unui teren lipsit de vegetaie depinde i de adncimea acviferului freatic. Cnd nivelul piezometric al acviferului freatic se gsete la adncime redus, evaporarea atinge valori maxime, determinate de puterea evaporant a atmosferei, deoarece alimentarea suprafeei evaporante se face continuu prin micarea capilar ascendent a apei acviferului. Prin experiene n teren se poate determina adncimea de la care evaporarea devine nesemnificativ, aceasta fiind adncimea critic sub care nu se mai depun sruri n profilul de sol.

  • 20

    Cnd nivelul piezometric al acviferului freatic se gsete la adncime mare evaporarea este alimentat numai de apele meteorice infiltrate la adncimi reduse.

    Terenul este saturat numai periodic, dup precipitaii abundente, iar evaporarea este limitat numai la umiditatea reinut n stratul superficial de sol. Procesul de evaporare depinde i de distribuia gradientului de umiditate precum i de componenta dat de difuzia masei ap-vapori.

    Evaporarea n teren nceteaz atunci cnd se atinge umiditatea higroscopic este n echilibru cu cea a atmosferei i nu poate fi eliminat prin evaporare.

    Evaporarea la suprafaa unui acvifer freatic poate fi determinat prin msurtori de regim n foraje. Rata evaporrii scade o dat cu creterea adncimii nivelului piezometric, respectiv a grosimii zonei vadoase (Fig.1.11).

    Evoluia ratei evaporrii pe adncime i n timp depinde de litologia zonei vadoase i de condiiile climatice. Pentru o perioad ndelungat de 132 zile se remarc, la o zon de aerare de peste 5 m grosime, o descrcare total a acviferului de 10mm, ceea ce reprezint o vitez medie de evaporare de 0,08mm/zi. n cazul zonelor mltinoase, adncimea de evaporare a apei freatice nu depete 4m datorit efectului protector al terenului saturat.

    n zonele aride din Rusia s-au efectuat cercetri lizimetrice, stabilindu-se dependena evaporrii apelor freatice de: compoziia litologic i grosimea zonei de aerare, tipul nveliului vegetal i adncimea nivelului apei freatice (Ganiev, 1979). Cercetrile au vizat trei tipuri de terenuri (nisipuri, prafuri nisipoase i argile prfoase) i au condus la urmtoarele concluzii importante (Fig.1.12):

    Fig.1.11. Raporturile dintre alimentarea prin infiltraii i descrcarea prin evaporare a unui acvifer freatic n funcie de grosimea zonei vadoase (dup Ground-Water Studies, 1972)

    Alim

    enta

    re (m

    m/6

    2 zi

    le) 80

    60

    20

    40

    -20

    -40

    -80

    -100

    Curba medie

    Domeniu de variaie corespunztor perioadei de var

    (12.03 13.05.1954)

    Domeniu de variaie corespunztor perioadei de primvar (12.03 13.05.1954)

    Perioada de var (13.05 22.09.1954: 132 zile)

    Zona mltinoas (13.05 22.09.1954: 132 zile)

    1 2 3 4 5 6 7

    Grosimea zonei vadoase [m]

    Eva

    pora

    re (m

    m/1

    32 z

    ile)

  • 21

    evaporarea crete proporional cu reducerea granulaiei (datorit fenomenului

    de capilaritate); influena litologiei asupra evapotranspiraiei scade proporional cu creterea

    grosimii zonei de aerare; la grosimi reduse ale zonei de aerare (

  • 22

    rdcinile!) n perioada respectiv; acest parametru variaz ntre 250 i 1000 la plantele cultivate i 80-1200 pentru arbori.

    Valorile foarte ridicate ale celor doi parametri se datoreaz faptului c plantele rein mai puin de 1% din apa absorbit pentru formarea esuturilor. Vegetaia sustrage procesului de infiltrare o cantitate enorm de ap care este redat apoi circuitului general al apei.

    Freatofitele prezint un interes hidrogeologic special prin cantitatea de ap absorbit, fie din zona capilar a acviferului freatic, fie direct din zona saturat. Ele cresc de regul n regiuni aride i semi-aride, dar pot fi gsite i n regiunile temperate.

    n partea sudic a Statelor Unite ale Americii freatofitele consum anual circa 30 miliarde m3 de ap freatic. Aici s-a realizat un experiment de teren (Davis. S. i DeWiest, R.,1966) care a avut ca obiectiv determinarea cantitativ a descrcrii unui

    3,21

    3,22

    3,23

    3,24

    3,25

    3,26

    3,27

    3,28 t1

    s1

    s2 t2

    Luni Mari Miercuri Joi

    Cot

    a ni

    velu

    lui a

    pei f

    reat

    ice

    [m]

    Fig.1.13. Oscilaiile zilnice ale nivelului apei freatice ntr-un foraj de observaie, determinate de transpiraia freatofitelor (dup Davis, S. i DeWiest,R.,1966)

    Freatofite

    Ru

    Nivelul apei freatice

    Foraj de observaie Freatofite

  • 23

    X, E

    Col

    oan

    de

    ap

    [mm

    ]

    Excedent pEX > Deficit

    pEX < pE

    X

    Timp

    pr EE = pr EE i n consecin pr EE = (excedent de umiditate); pEX < i n consecin pr EE < (deficit de umiditate).

    Delimitarea n timp a perioadelor cu deficit i excedent de umiditate este

    foarte important deoarece n cazul deficitului se produce o epuizare a rezervei de umiditate din zona de aerare (care poate fi urmat de o descrcare prin evaporare a apelor freatice). Dac precipitaiile cresc (X>Ep) are loc refacerea rezervei de umiditate din zona de aerare urmat de alimentarea acviferelor.

    n cadrul metodelor directe de determinare a evapotranspiraiei reale, un loc important l ocup lizimetrele. Prin determinri succesive n timp ale profilului de umiditate i poziiei nivelului freatic se poate calcula, prin metoda bilanului, volumul de ap transformat n vapori prin evapotranspiraie.

    Evapotranspiraia real ( rE ) i potenial ( pE ) pot fi evaluate i cu ajutorul formulelor empirice. Aceste formule necesit numai date climatice, care se gsesc cu uurin n anuarele meteorologice, dar caracterul lor empiric i gradul de simplificare a fenomenului pot introduce erori semnificative.

    Evapotranspiraia real anual (Era) poate fi evaluat cu formula Turc (Castany, G.,1972), n funcie de temperatur i precipitaii:

    2

    2

    9,0LX

    XEra+

    = [mm/an] (1.15)

    n care

    205,025300 mm TTL ++=

    X - precipitaia anual [mm]; mT - temperatura medie anual a atmosferei care se calculeaz ca o medie

    ponderat cu precipitaiile lunare ( iX ; i=1,..12):

    1221

    12122211

    ......

    XXXTXTXTXTm +++

    +++= (1.16) Pentru estimarea evapotranspiraiei poteniale lunare ( plE ) s-au propus formule empirice care iau n considerare numai deficitul de saturaie cu vapori de ap din aer ( d ; ec.:1.20). Astfel, formula Ivanov, care poate da erori de 10 % are forma:

    dEpl = 4,18 [mm/lun] (1.17) n care d - valoarea medie lunar a deficitului de saturaie exprimat n mm.

    Tabelul 1.7. Perioadele i valorile precipitaiilor eficace la staia Trgovite.

    Anul Luna Pef[mm] Pef/P[%] I-IV 198

    1954 X-XII 166 364 51

    I-IV 227 1955 X-XII 9

    236 32 I-IV 289

    1956 X-XII 104 393 57

  • 25

    Cu formula Ivanov s-a calculat evapotranspiraia potenial lunar pentru staia Trgovite n perioada 1954-1956. Prin suprapunerea curbei medii (calculat cu ajutorul mediilor mobile) a evapotranspiraiei poteniale cu cea a precipitaiilor (Fig.1.15) au rezultat perioadele i valorile precipitaiilor eficace la staia Trgovite (Tabelul 1.7).

    1.5. Umiditatea aerului Cantitatea de vapori de ap din aerul atmosferic este rezultatul fenomenului de evaporare a apei prin procese fizice i biologice. Umiditatea aerului atmosferic este variabil n timp i spaiu i contribuie semnificativ la alimentarea apelor subterane prin infiltrare. Fenomenul nu trebuie limitat numai la atmosfera terestr ci trebuie extins i la atmosfera subteran, respectiv la coninutul n vapori de ap din zona de aerare.

    Umiditatea aerului se exprim n diferite forme: umiditatea absolut ( aU ), care reprezint cantitatea de vapori de ap existent

    la un moment dat n atmosfer i se msoar cu ajutorul psihrometrelor, aparate care au dou termometre cu mercur identice, unul umed (nvelit cu un tifon saturat cu ap) i cellalt uscat:

    ( ) asa pttcUU 21 = (1.18) n care

    sU - umiditatea de saturaie; c - coeficient; 1t - temperatura n grade Celsius a termometrului uscat;

    2t - temperatura n grade Celsius a termometrului umed;

    ap - presiunea atmosferic.

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    160

    180

    200

    1954 1955 1956

    Pre

    cipi

    taie

    /Eva

    potra

    nspi

    raie

    [mm

    /lun

    ] Precipitaii Evapotranspiraie

    Fig.1.15. Curba medie a precipitaiilor ( ) i a evapotranspiraiei ( ) poteniale lunare la staia Trgovite.

  • 26

    umiditatea de saturaie ( sU ), care reprezint cantitatea maxim de vapori de ap ce poate fi reinut de atmosfer la o temperatur dat; aceast noiune este legat de punctul de rou (de condensare), care desemneaz temperatura la care aerul este complet saturat i sub care se produce n mod normal condensarea (Tabelul 1.8 i Fig.1.16);

    umiditatea relativ ( rU ),

    este exprimat prin raportul :

    100=s

    ar U

    UU [%] (1.19)

    i se msoar cu ajutorul higrometrelor sau higrografelor, prevzute cu fire de pr a cror lungime variaz cu umiditatea; deficitul de umiditate (d)

    as UUd = (1.20)

    mas a vaporilor de ap coninui ntr-un m3 de aer, adic: g/m3; tensiune a vaporilor de ap, care reprezint fraciunea din presiunea atmosferic datorat exclusiv vaporilor de ap, adic mm.col.Hg. Umiditatea absolut a aerului are o mare variabilitate pe vertical, reducndu-se la jumtate la o nlime de 1,5- 2 km i la un sfert la o nlime de 3-4 km, iar n timpul verii, umiditatea relativ are valori mici n vecintatea solului i crete proporional cu nlimea pn la 2 3 km. 1.6. Date climatice ale teritoriului Romniei

    Romnia are un climat temperat-continental de tranziie care este situat ntre clima temperat-oceanic a Europei de vest i cea pronunat continental, cu evidente tente de ariditate, a stepelor ruseti.

    Clima Romniei poart amprenta unui caracter continental de tip central-european, n spaiul su interferndu-se cele dou mari componente ale climei temperate: cea oceanic i cea strict continental. Poziia geografic i prezena lanului muntos carpatic avnd o dubl flexur (n zona Maramureului i n zona Vrancei) i o bun continuitate cu cel balcanic imprim climei din Romnia trei caracteristici specifice:

    diferen medie de 2oC ntre temperatura din lunca Dunrii i cea din nordul extrem al Moldovei, determinat de reducerea intensitii radiaiei solare dinspre nord spre sud proporional cu reducerea unghiului de inciden a razelor solare cu suprafaa geoidului;

    Tabelul 1.8 Valorile umiditii de saturaie i temperatura punctului de rou. Temperatura de rou[oC] 0 5 10 15 20 25 30

    sU [g/cm3] 4,80 5,36 9,40 12,70 17,50 22,80 30,80

    sU [mmcolH2O] 4,56 6,60 9,52 13,20 16,90 22,30 31,40

    sU [mb] 6,17 8,96 12,60 20,60 22,80 30,20 42,50

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    0 5 10 15 20 25 30

    Temperatura de rou [oC]

    Um

    idita

    tea

    Us [

    g/m

    3 ]

    Fig.1.16. Corelaia ntre valorile umiditii de saturaie i temperatura punctului de rou.

  • 27

    etajarea climatic pe trepte de relief, pornind de la climatul de cmpie, de podi i deal, ajungnd pn la cel al munilor foarte nali, ntr-o dispunere spaial cvasi-concentric n raport cu arcul central carpatic;

    diferene climatice semnificative ntre teritoriile situate de o parte i de alta a lanului muntos carpatic datorate rolului de baraj pe care acesta l joac pentru masele de aer n micare, indiferent de direcia din care vin.

    1.6.1. Tipurile de clim Particularitile geomorfologice conduc la diferenierea climatului Romniei pe

    zone geografice: climatul temperat-continental de tranziie cu nuane oceanice n

    cmpia i dealurile situate la nord de rul Bega, n Munii Apuseni i depresiunea colinar a Transilvaniei;

    climatul temperat-continental de tranziie cu influene sub-mediteraneene n cmpia i dealurile vestice situate la sud de rul Bega, n Munii Banatului, n Podiul Mehedini i parial n Cmpia Olteniei;

    climatul temperat-continental de tranziie cu influene baltice n Podiul Suceava i versantul estic al grupei de nord a munilor Carpai Orientali;

    climatul temperat-continental de tranziie cu nuane de ariditate n Cmpia Jijiei, n Podiul Brladului, n Brgan i n Dobrogea continental (cu excepia litoralului);

    climatul temperat-continental de tranziie cu influene evidente ale interferenei circulaiei atmosferice cuprinde o arie central-sudic a Romniei, pornind din Subcarpai i Podiul Getic pn n cmpia i lunca Dunrii, arie delimitat la est de rul Mostitea i la vest de rul Jiu;

    climatul temperat-continental de tranziie cu influene pontice, numit i climatul litoral, este prezent n zona litoral a Mrii Negre, cu o lime cuprins ntre minimum 15 km i maximum 30 km, precum i n Delta Dunrii.

    Principalele caracteristici prin care se difereniaz tipurile de climat din Romnia sunt temperatura i precipitaiile.

    1.6.2. Temperatura Temperatura medie multianual n Romnia este de 11oC n lunca Dunrii i

    de 8,5oC n Podiul Moldovei. n planul treptelor de relief, temperatura este distribuit astfel:

    ntre 9oC i 11oC la cmpie; ntre 8oC i 10oC n podiurile i dealurile joase; ntre 6oC i 8oC n dealurile nalte i munii joi; ntre 0oC i 6oC n munii cu nlimi medii; ntre -2oC i 0oC n munii nali, la altitudini mai mari de 2000m.

    Din distribuia spaial a temperaturii medii multianuale rezult o temperatur medie multianual pentru ntregul teritoriu al Romniei de 8oC. Amplitudinea anual a temperaturilor depete 200C.

  • 28

    1.6.3. Precipitaiile n Romnia, precipitaiile cresc valoric dinspre cmpie spre munte i descresc, n plan orizontal, de la vest la est. Reducerea rezervei de umiditate, transportat de masele de aer aduse din vestul continentului, este determinat de cedarea unei mari cantiti, sub form de precipitaii, datorit efectului munilor Carpai, n zona Banatului. Aici se nregistreaz o precipitaie medie multianual de 630 mm n timp ce pe litoral (n dreptul localitii Sulina) aceasta este sub 360 mm. Pe trepte de relief, cantitile medii multianuale de precipitaii se dispun astfel:

    sub 400 mm anual n Delta Dunrii, pe litoralul Mrii Negre i n sudul extrem al Dobrogei continentale;

    ntre 400 i 500 mm anual n restul Dobrogei, n Brgan, n sudul Podiului Moldovei i al Cmpiei Olteniei i n Cmpia Jijiei;

    ntre 500 i 700 mm anual n centrul i estul Cmpiei Romne, n Cmpia de Vest, n depresiunea colinar a Transilvaniei i n centrul i nordul Podiului Moldovei;

    valori de 700-1000 mm se nregistreaz n Subcarpai, zonele joase ale munilor Carpai Occidentali precum i n munii Carpai Orientali de altitudine mijlocie;

    ntre 1000 i 1200 mm anual n masivele muntoase carpatice cu altitudini cuprinse ntre 1000 i 2000m, exceptnd munii Carpai Occidentali unde nlimea de referin se oprete la 1600m;

    valori mai mari de 1200 mm anual (ajungndu-se n unii ani la 1400mm n masivele Retezat, Fgra i Rodna) se nregistreaz n toate masivele muntoase mai nalte de 2000 m din munii Carpai Meridionali i de 1600m din munii Carpai Occidentali.

    Din analiza distribuiei spaiale a precipitaiilor rezult o cretere a gradului de continentalitate de la vest spre est. n regiunile colinare i muntoase, aceast zonalitate n plan orizontal este modificat de zonarea vertical care are o mare influen n formarea zonelor de umiditate pe teritoriul Romniei. Cantitatea medie multianual de precipitaii la nivelul ntregii ri a fost evaluat la 638 mm anual, ceea ce reflect o continentalitate ridicat i o umiditate relativ redus. Pe baza regimului termic i a regimului pluviometric se evalueaz alimentarea prin infiltrare a apelor subterane, infiltrare cuantificat prin intermediul modulului de infiltrare atmosferic ( aw ).

    Modulul de infiltrare atmosferic ( aw ) reprezint cantitatea de ap infiltrat pe unitatea de suprafa i n unitatea de timp, iar valoarea lui se exprim n mm/an. Pentru condiii hidrogeologice favorabile formrii acviferelor (adic formaiuni acoperitoare nisipoase - argiloase), infiltrarea total poate fi de 15% pn la 20% din precipitaie. n cazul valorilor extrem