Cap. 7 Noţiuni de hidrogeologie

7.1. Introducere Hidrogeologia se ocupa cu studiul apelor din scoarta terestra, denumite ape subterane. Ea studiaza originea, starea, conditiile de asezare si compozitia chimica a acestor ape. Apa si aerul se gasesc in porii, crapaturile si golurile rocilor din care este alcatuita scoarta Pamantului. Studiul legilor care guverneaza miscarea apelor subterane in spatiile dintre particulele solide ale rocilor se realizeaza prin Hidrodinamica apelor subterane ea fiind o parte componenta a Hidrogeologiei. Hidrogeologia studiaza de asemenea comportarea rocilor din scoarta la actiunea apei, functie de compozitia lor mineralogica si petrografica precum si de chimismul apei subterane.

Problemele tehnice referitoare la apa subterana se refera la folosirea ei si la combarerea actiunii ei daunatoare.

Apa in natura se gaseste in atmosfera la suprafata Pamantului si in scoarta sa. Apa in scoarta poate fi de origine exogena (precipitatii) si de origine endocena (din magna).

Apa subterana provine din precipitatii, din condensarea vaporilor de apa in pamant, din magme si din consolidarea depozitelor sedimentare.

Factorii care influenteaza marimea precipitatiilor atmosferice sunt: regimul pluvial si periodicitatea precipitatiilor.

Apele din atmosfera, hidrosfera si litosfera se gasesc intr-o stransa legatura, alcatuind un circuit continuu, cunoscut sub denumirea circuitul apei in natura .

Nivelul apei subterane N.A.S. depinde atat de caracteristicile stratului in care sunt inmagazinate (capacitatea de absorbtie), permeabilitatea, capacitatea de cedare a apei, cat si de intensitatea circuitului apei in natura (nivelul precipitatiilor atmosferice P, evapo-transpiratia organismelor vegetale, si a terenului E-D, ascensiunea capilara C si circulatia laterala a apei). Astfel se apreciaza ca din cantitatea totala de apa din precipitatii, cca.25% se evapora in atmosfera, cc.15% se infiltreaza in pamant iar cca.60% se scurge pe suprafata pamantului sub forma de apa de siroire si torenti care alimenteaza apele curgatoare, toate aceste functie si de climat. Din totalul apei subterane se considera ca cea mai mare parte (cca.90%) provin din infiltratia precipitatiilor atmosferice si maximum 10%-20% din condensarea vaporilor de apa.

7.2. Proprietatile rocilor in raport cu apaRocile din care este alcatuita scoarta prezinta o serie de proprietati in raport cu apa

din care cele mai importante sunt: permeabilitatea, capacitatea de absorbtie si de cedare a apei.

Permeabilitatea unei roci reprezinta proprietatea ei de a permite trecerea prin golurile eu a unei anumite cantitati de fluid (apa). Permeabilitatea depinde de golurile pe care le are roca(pori, fisuri,crapaturi), temperatura,vascozitate si natura lichidului. Porii, fisurile si crapaturile pot fi inchise sau deschise, cand comunica sau nu intre ele. In general rocile afanate au porozitati mari iar cele compacte porozitate mica si fisuri. Pe baza acestei proprietati distingem roci permeabile sau acvifere si roci impermeabile sau acviclude. Permeabilitatea unei roci se poate referi la un volum mic de roca in care caz poarta denumirea de micropermeabilitate si la un volum mare in care caz poarta denumirea de macropermeabilitate. Cele doua permeabilitati difera intre ele datorita structurii masivului de roca.

Capacitatea de absorbtie care se refera in primul rand numai la umiditatea retinuta din vaporii de apa prin condensare poarta denumirea de higroscopicitate.

Cedarea apei este proprietatea unei roci de a ceda apa prin forta gravitationala. Cantitatea de apa cedata este mai mica decat cantitatea totala de apa continuta in roca. Raportul dintra aceste cantitati este denumit coeficient de cedare iar apa care a ramas in roca ne da un raport denumit coeficient de retinere. Cantitatea de apa cedata depinde de natura rocii, de porozitatea ei si de timp.

Cantitatea de apa patrunsa in scoarta este influentata de o serie de

factori cum ar fi: factori meteorologici, morfologici, geologici si biologici.

Factorii meteorologici de refera la: cantitatea totala de apa, durata,

intensitatea si calitatea precipitatiilor atmosferice, temperatura aerului si solului si

starea higrometrica a aerului.

Factirii morfologici se refera la formele de relief si pantele acestora.

Factorii geologici sunt legati de gradul de permeabilitate al rocilor si

tipul lor de permeabilitate.

Factorii biologici se refera la influenta directa si indirecta a vegetatiei si

a omulul. Vegetatia influenteaza in mod diferit infiltratiile de apa in sol in functie

de clima, de densitate si particularitatile plantelor respective.

7.3. Clasificarea apelor subterane.

Exista multe criterii de clasificare a acestor ape subterane: dupa geneza, dupa

asezarea lor in scoarta, dupa presiunea pe care o au, dupa temperatura, dupa gust,

dupa compozitia lor chimica si alte criterii.

Dupa geneza apele subterane se pot clasifica in exogene si endogene.

Dupa asezarea lor in scoarta se disting:

-         apele paturii superficiale (apa din sol, din zona de tranzitie, apa in curs de

inflitrare, apele temporare de sezon, apele capilare).

-         Strate acvifere (apa din diverse strate permeabile libere sau sub presiune).

-         Apele tectonice (aflate in crapaturi, in goluri subterane, carstice sau in filoane).

Dupa presiune avem: apa fara presiune si ape sub presiune.

Dupa temperatura : ape reci, ape calde si ape fierbinti.

Dupa gust: ape dulci, ape sarate, saramuri, ape salcii etc.

Tanand seama de agresivitatea apelor fata de materialele de constructii ele pot fi

ape agresive si neagresive. Agresivitatea este cel mai frecvent sulfatica sau carbonica.

7.4. Zonele de influenta ale

nivelului freatic.

Nivelul apei subterane

N.A.S. sau nivelul freatic separa pe

verticala stratul permeabil in doua

zone: zona de aeratie si zona de

saturatie. (Fig.7.1)

Zona de sub nivelul freatic

sau nivelul hidrostatic poarta

denumirea de zona de saturatie

completa, iar cea de deasupra pana

la nivelul terenului natural se

numeste zone de saturatie incopleta

sau zona de aeratie in care intra apa

capilara si apa moleculara. Nivelul

freatic poate varia atragand dupa

sine si nivelul apei capilare

obtinandu-se o zona de fluctuatie.  

Fig.7.1 Zonele de inluenţă ale nivelului apei subterane

7.5. Paturi acviferePaturile acvifere denumite si panze sau straturi acvifere sunt rezultatul apei

provenita din precipitatiile atmosferice sau din scurgerile subterane care patrund in scoarta pana ce intalnesc un strat impermeabil. In functie de modul in care stratele de apa subterana ce se acumuleaza in scoarta deasupra orizontului impermeabil sunt asezate in scoarta terestra se disting:

-         strate de ape freatice sau strate libere-         strate captive sau strate de apa arteziana si ascendenta-         strate de apa fosilaStratul de apa freatica primeste direct prin infiltratie cantitatea de apa pe toata suprafata

sa. Stratul de apa freatica poate sa apara la un profil geologic cu mai multe strate impermeabile la diferite nivele.

Stratul superior se alimenteaza din precipitatii pe toata suprafata sa. Celelalte au tot nivel liber putand fi alimentate si din cursurile de apa superficiale. Apa freatica este conditionata cantitativ de precipitatii, dar are un caracter permanent.

Stratele captive sunt cuprinse intre doua strate impermeabile si se gasesc sub o anumita presiune. Ele se gasesc sub straturi acvifere freatice in formatiuni geologice mai vechi. Fiind de mai mult in scoarta aceste ape au o oarecare mineralizatie. Stratele captive au debit destul de mare si constant care nu depinde de fluctuatia precipitatiilor atmosferice din regiunea de alimentare.

Elementele caracteristice ale unui strat acvifer fie liber sau captiv sunt:

-         natura stratului acvifer

-         domeniul de alimentare

-         aliura stratului acvifer

-         debitul stratului acvifer

-         calitatea apei.

Prin natura stratului acvifer se intelege structura sa geologica, compozitia lui

mineralogica si granulometrica. Un element important se refera la nivelurile stratelor

impermeabile. In strate captive un interes deosebit il prezinta determinarea intregului

bazin ce se extinde pe suprafete uneori foarte mari. Domeniul de alimentare intereseaza

pentru a asigura conditiile sanitare in aceste zone, in scopul evitarii infectarii apei. Stratele

captive pot iesi la suprafata printr-un strat acvifer permeabil zona purtand denumirea de

domeniu de descarcare.

Aliura stratului acvifer necesita determinarea curbelor de nivel ale fundului si ale

suprafeti sale, adica oglinda apei. Prin aceasta se stabileste adancimea la care se

gaseste apa subterana in stratul cercetat.

Nivelul stratului acvifer nu corespunde unei suprafete perfect orizontale decat atunci cand este acumulata intr-o depresiune fara scurgere a stratului impermeabil. Obisnuit poate fi aproximat cu o suprafata parabolica cu concavitatea in jos, acarei forma este functie de permeabilitatea rocii, mai inalta la o permeabilitate redusa si invers. Suprainaltarea h fata de planul orizontal corespunde presiunii necesare pentru a invinge rezistenta opusa curgerii.

Fig.7.2 Nivelurile freatice şi apa subterana captiva

Suprafata limita a echilibrului hidrostatic sau nivelul hidrostatic este locul

geometric al punctelor unde exista un echilibru intre presiunea datorita inaltimii apei si

rezistenta la filtratie a terenului. Pentru un strat de apa arteziana se va determina in plus

presiunea apei in diverse puncte precum si sarcina piezometrica (inaltimea la care se ridica

apa intr-un tub fixat intr-o gaura forata in stratul superior impermeabil). Aceste suprafete

pot fi reprezentate prin curbe de nivel care la apel freatice se numesc hidroizohipse iar cele

arteziene (nivelurile ascendente) hidroizopieze.

Cu toate ca nivelul hidrostatic al stratelor acvifere freatice este variabil, exista un

nivel sub care roca ramane permanent imbibata cu apa si care poarta denumirea de nivel

hidrostatic permanent.

Debitul stratului acvifer este cantitatea de apa pe care acest strat o poate da la

un moment dat in unitatea de timp.

Stratele acvifere libere pot fi:

-         strate acvifere ale sesurilor aluviale

-         stratele acvifere in conurile de dejectie-strate acvifere in strate compacte- Stratele acvifere captive ascensionale si arteziene se pot prezenta sun forma:

fantanilor arteziene, tasnitoate in fund de covata, fantana cu apa ascensionala, strat acvifer

captiv cu descarcare naturala la piciorul taluzului sau versantului.

Cazurile speciale de straturi acvifere sunt: lentilele si bazinele freatice,

acumulari acvifere in vai glaciare, strate acvifere ale dunelor de coasta, strate acvifere

ale insulelor.

Nivelul permanent ale apelor freatice urmareste in general relieful scoartei.

Suprafata limita a echilibrului hidrostatic al apelor freatice nu este insa paralela cu

relieful, fiind totdeauna mai atenuata, in special daca terenul este mai permeabil si zona

acvifera este mai adanca. La un teren fisurat in tot ansamblul sau, forma suprafetei

stratului acvifer este mai putin bombata din cauza ca rezistenta la trecerea apei prin

fisuri este mai mica decat la trecerea prin pori.

 

7.6. Factorii care influenteaza regimul unui strat freatic.Factorii care influenteza regimul unui strat freatic car ese manifesta in

modificarea formei teoretice a suprafetei piezometrice si in variatiile nivelului hidrostatic sunt:

-     factori invariabili in timp, care produc deformatii permanente in regimul stratului acvifer

-       factori variabili in timp care produc deformatii temporare periodice sau neregulate in regimul stratului acvifer.

In prima categorie de factori intra:-         natura geologica a terenulul-         inegalitatea reliefului-         inegalitatea bazei impermeabile-         vegetatia.

Natura geologica a terenului poate influenta prin neomogenitatea ei care face ca nivelul freatic sa se abata de la suprafata parabolic teoretica. Panta suprafetei freatica creste cand se trece de la un mediu mai putin permeabil la unul mai permeabil.

In egalitatea reliefului poate avea ca urmare o scadere in locul mai coborat a suprafetei nivelului freatic cand evaporatia este puternica sau aparitia unor izvoare cand evaporatia nu este prea intensa.

Inegalitatea bazei impermeabile influenteaza in acelasi sens cu denivelarile ei.Vegetatia produce o scadere a nivelului care depinde de adancimea radacinilor

plantelor care o alcatuiesc.

In categoria factorilor variabili intra factorii naturali si artificiali. Factorii naturali sunt:-         precipitatiile atmosferice-         temperatura si evaporatia-         presiunea atmosferica-         cursurile de apa.

Influenta precipitatiilor atmosferice poate avea mai multe aspecte si anume: nu actioneaza asupra nivelului apei daca au fost absorbite in intregime pentru saturarea zonei de aeratie, actioneaza cu un efect intarziat uneori dupa un numar de 3-6luni, actioneaza producand efecte in alte regiuni, influenteaza direct in stratul acvifer.

Fata de variatia distributiei in timp a precipitatiilor, variatia inaltimii stratului acvifer nu prezinta diferente la fel de mari in diferitele perioade de timp. Decalajul este de cca. o luna in suprafata si cateva luni in adancime.

Temperatura si evaporatia isi exercita influenta prin intermediul permeabilitatii terenului si capacitatea de ridicare a apei spre suprafata si cateva luni in adancime.

Presiunea atmosferica influenteaza prin presiunea vaporilor saturanti care conditioneaza intensitatea evaporatiei.

Cursurile de apa influenteaza prin aportul de apa pe care-l dau prin infiltratie si prin variatia nivelului lor, un rol important jucand aici structura geologica a regiunii, permeabilitatea terenului si conditiile atmosferice.

Din categoria factorilor artificiali fac parte:-         irigatiile-         drenajele-         puturile-         lucrarile hidrotehnice

Irigatiile produc o ridicare a nivelului hidrostatic iar drenajele o coborare. In zona Braila – Galati nivelul hidrostatic s-a ridicat in unele portiuni cu 8-10m ca urmare a irigatiilor din ultimii ani.

Paturile produc o denivelare denumita suprafata de depresiune. Aceasta in sectiune verticala se prezinta sub forma unei curbe de depresiune cu cota cea mai joasa in dreptul putului si extinzandu-se lateral axei putului pe o distanta denumita raza de influenta. Denivelarea produsa depinde de cantitatea de apa pompata din put.

Lucrarile hidrotehnice produc in general perturbari ale nivelului de apa freatic dand naster la cresterea sau scaderea sa.

Circulatia apei in teren se face dupa legile hidraulicii subterane, terenul fiind considerat un mediu poros

 7.7. Izvoarele.Izvorul este locul de iesire naturala la suprafata a apei din stratele acvifere

subterane. Izvoarele se formeaza acolo unde conditiile geologice, geomorfologice si hidrogeologice se imbina in modul cel mai favorabil. Ele apar de obicei la contactul dintre doua strate cu permeabilitate diferita sau in zonele cu fenomene tectonice. Exista mai multe criterii de clasificare ale izvoarelor printe care se citeaza:

-         dupa utilizarea naturala-         dupa temperatura-         dupa debit-         dupa permanenta-         din punct de vedere geologicDupa utilizare izvoarele se impart in :izvoare ordinare (continut normal de saruri),

izvoare termale( la temperaturi peste 20º) izvoare minerale.Dupa temperatura ele se impart in: izvoare reci, izvoare calde, izvoare fierbinti.Dupa debit avem izvoare: de gradul I (izvoare cu peste 10mc pe secunda) de

gradul II (sub 10mc/s).Dupa permanenta: izvoare continui (perene), izvoare semicontinui (semiperene),

izvoare temporare, care se pot imparti la randul lor in periodice, neregulate si efemere.Notiunea de indice de variabilitate in cazul debitului unui izvor este raportul dintre

debitul lui maxim si cel minim.Din punct de vedere geologic distingem: izvoare descendente (cand coboara pana

la iesire) si ascendente.

O alta clasificare a izvoarelor tinand seama de caracteristicile geologice si

hidrodinamice separa aceste izvoare in: izvoare din zona de aeratie (situate deasupra

nivelului apelor freatice), si izvoare de ape freatice, care la randul lor se subimpart in

izvoare de emergenta (eroziune), izvoare de prea plin, izvoare de baraj si izvoare de

contact. Izvoarele de cantact pot sa apara in zone aluvionare vechi si la baza

grohotisurilor, a conurilor de dejectie, a morenelor si alunecarilor de teren.

Izvoarele mai pot fi si arteziene si subacvatice.

7.8.Circulatia apei prin roci si pamanturi.

In terenul de fundare apa subterana gravitationala poate sa se afle in miscare deplasandu-se dintr-un loc in altul fie sub forma unei curgeri pe distante mari prin pori, fisuri si crapaturi denumita filtratie, sau aceasta miscare se manifesta printr-o redistribuire a umiditatii pe distante relativ reduse denumita migratie.

Cauzele care determina filtratia sunt: gravitatia, presiunea apei, presiunea gazelor din vapori, curentul electric.

Migratia este datorata existentei fortelor capilare, a fortelor de adsorbtie, a gradientilor de temperatura si evaporatiei

.