|
|
|
Apele de suprafata - Privire generala asupra apelor de suprafata
Apele dulci de suprafata reprezinta majoritatea rezervei de apa dulce lichida. Ele formeaza reteaua hidrografica, fara de care peisajul geografic ne-ar fi multora de neconceput. Morfologic, ele fac impresia unui sistem vascular al pamantului, ceea ce in anumite privinte si sunt.
.1 Clasificare si caracteristici.
Apele de suprafata se clasifica in:
ape statatoare (mari si oceane, lacuri etc.)
ape curgatoare (izvor - parau - rau - fluviu)
ape stagnante (lacuri naturale si lacuri
artificiale, cursuri de apa naturale,
modificate artificial / regularizate sau
construite artificial - canale).
Apele dulci de suprafata difera dupa foarte multe caracteristici: debitul si variatiile sale (la cele curgatoare), temperatura, concentratia si natura substantelor dizolvate sau aflate in suspensie, continutul biologic si microbiologic etc., fiecare masa de apa lichida cu albia ei si vietuitoarele din ea fiind un ecosistem distinct. Totodata, apele dulci de suprafata au si numeroase caractere comune: Spre deosebire de cele subterane, ele sunt de regula mai putin mineralizate, mai bogate in elemente biologice, mai influentabile de catre alti factori (naturali si antropici), mai usor poluabile, mai putin stabile in caracteristici, dar totodata au si capacitati mai crescute de a-si automentine calitatea.
2 Utilizari
Apele dulci de suprafata sunt folosite in situ (navigatie, imbaiere, sporturi nautice, piscicultura, hidroenergetica etc.), dar mai ales captate si folosite ex situ pentru nevoile cele mai diverse - pentru potabilizare, in industrie, transporturi, agricultura etc. Neadmisa oficial, utilizarea directa in scop potabil nu este o raritate. Din diversele utilizari, cruciala pentru oameni ramane satisfacerea nevoilor populatiei, fiind interzisa prin lege limitarea accesului ei in detrimentul altor folosinte. La fel de importanta ar trebui sa devina si asigurarea apei necesare vietii salbatice, in Romania, apele de suprafata constituie sursa majora pentru necesitatile umane, inclusiv pentru apa potabila.
3 Elemente de mecanica fluidelor
Hidrologia, fizica si matematica isi dau intalnire in disciplina pe care o numim mecanica fluidelor si care permite o analiza, explicare, calculare si prognozare a comportamentului apei lichide in variate imprejurari, fara de care ar fi greu de conceput studiul si managementul modern al raurilor si mai ales proiectarea si exploatarea de baraje, canale, aductiuni de ape si nici, la scara dimensionala mai mica, retele de conducte de alimentare cu apa sau canalizare, pompe, apometre si alte instalatii si aparate in legatura cu apa.
Dintre proprietatile fizice ale fluidelor sunt importante densitatea, greutatea specifica, compresibilitatea, vascozitatea, presiunea vaporilor (de saturatie, sau mai mare sau mai mica, ducand la condensare respectiv evaporare), tensiunea superficiala. S-au definit si se folosesc in practica parametri adimensionali cum sunt Numarul lui Reynolds, Numarul lui Froude si Numarul lui Weber.
in cadrul staticii fluidelor sunt importante notiunile de presiune, presiune hidrostatica, centru de presiune, principiul lui Arhimede, centrul de plutire, echilibru stabil, instabil sau neutru la plutire etc.
Dinamica fluidelor este o stiinta foarte vasta. Sunt importante notiunile de viteza, debit, curgerea uniforma sau neuniforma, laminara si turbulenta, separatia, ecuatia de continuitate, cea de moment si cea de energie pentru curgere, rezistenta, strat marginal, ecuatiile Darcy-Weisbach si Colebrook-White, diagrama Moody, formula Hazen-Williams, metoda Cross-Doland, ecuatiile DuBoys, Chezy, Manning, Lacey, Inglis, Bose, Kalinske, Einstein, Meyer-Peter, Bagnold, Colby, salt hidraulic, profile de curgere, formula Franc/s etc. etc.
Sutele de formule de calcul si metode matematice avansate permit modelarea si calcularea unei mari varietati de probleme de statica si dinamica a apei, cu largi aplicatii: Aparate de masura a debitului, pompe, proiectarea de conducte si retele, reductoare de presiune etc. De asemenea se pot calcula curgerile si fenomenele ce apar in conducte, canale si chiar in rauri cu diverse caracteristici ale albiei, cu metode pentru estimat sedimentarea sau eroziunea, valurile, modificarea formei albiei (meandre etc.), curgerea in jurul diverselor obstacole, contracurenti etc. etc.
Hidrologia se foloseste mult de matematici, de analiza statistica si probabilistica (de frecventa, de regresie si corelatie, de varianta, covarianta si serii temporale.)
4 Principalele ape dulci de suprafata: raurile si lacurile
4.1 Raurile
Cele mai mari 15 rauri duc 1/3 din scurgerea globala de apa pe continente. Cel mai lung e Nilul iar debitul cel mai mare il are Amazonul.
Curgerea raurilor este foarte diferita in functie de panta, configuratia albiei (rugozitate, forma, adancime etc.) si de alti factori. Viteza de parcurs variaza pe diversele sectiuni si este importanta de cunoscut, mai ales pentru a putea prezice pozitia la un moment dat a unei unde de viitura sau de poluare. Aceste lucruri se deduc prin analizarea datelor hidrologice (debit) si de calitate a apei in diversele puncte ale unui rau, date din care se poate observa viteza de inaintare a unei anume mase de apa mai voluminoase sau cu o anume compozitie distincta (de exemplu o unda de poluare) intre doua sectiuni de control. Modele de curgere se pot stabili si experimental prin marcarea apei cu trasori cum sunt colorantii (fluoresceina) sau trasorii radioactivi. Cunoscand bine morfologia albiei si alte elemente se pot face si modelari teoretice, dar de obicei albia unui rau are o complexitate prea ridicata pentru a permite o modelare teoretica a curgerii a carei rezultate sa fie utile practic, cu exceptia unor portiuni scurte sau a raurilor mari si lente.
in cadrul aceluiasi rau, apa nu curge cu viteza uniforma, ci lent spre fund si maluri si mai rapid spre suprafata si mijloc. Dar de regula curgerea nu e laminara ci turbulenta iar variatiile de panta, latime, adancime a albiei, pragurile si obstacolele si alti factori determina o curgere de mare complexitate si variabilitate, incluzand vartejuri, bulboane, zone de contracurent sau cvasistationare alternand cu repezisuri. Acest fapt la randul sau determina o variatie spatiala si temporala a albiei raului si curgerii apei. Toate aceste au o mare importanta pentru autoepurarea apei si pentru calitatea ecologica, oferind habitate variate in cadrul aceluiasi rau, ceea ce este esential pentru biodiversitate.
O molecula de apa face in unele rauri zile sau saptamani, dar in Nil drumul ei spre mare poate dura un an. Daca pe parcurs intalneste un lac, molecula de apa poate fi 'intarziata' mult, de la zile sau saptamani pana la secole intregi in lacuri mari precum Tanganyka sau Superior.
Raurile cu curgere rapida si turbulenta duc la un continuu amestec al apei si deci la o compozitie relativ uniforma. La raurile mari si lente amestecul se face mai putin. Astfel, apele Amazonului si ale lui Rio Negro sunt in continuare separate chiar la mai multe sute de kilometri aval de confluenta, la fel si cele ale lui Mississippi cu Missouri! in lacuri de asemenea nu se tinde oriunde spre uniformizare si exista gradiente persistente in echilibru dinamic, nu doar pe verticala, ci si pe orizontala, de la o zona la alta, chiar daca exista curenti. Acest factor are mare importanta in prelevarea de probe de apa, unde supraestimarea uniformitatii poate duce la falsificarea rezultatelor.
Raul este un sistem dinamic, a carui morfologie e normal sa sufere anumite modificari in timp, atat ca si configuratie interna a albiei minore, cat si c modificare a traiectului albiei, prin migrarea meandrelor si alte fenomene.
Fitoplanctonul in rauri exista mult mai mult de cat se credea si e de origine chiar din rau daca acesta e destul de lung sau lent sau cu destul golfuri, nise de contracurent etc. Pana la inceputul anilor '90 subiectul a fost sistematic neglijat, considerandu-se ca fitoplanctonul din rauri e nerelevant deoarece daca exista e adus din lacuri si nu autohton, in rauri, in spatele obstacolelor (bolovani, picioare de pod, arbori etc.) apar vartejuri, contracurenti etc. car sunt de fapt microretentii de apa care, insumate, dovedesc ca intr-un rau putem avea de fapt un important procent de apa stagnanta si nu 'curgatoare' dupa modelul clasic. Evaluari cantitative direct s-au putut face numai relativ recent, cu ajutorul teledetectiei termice, deoarece apa din microretentii e mai calda ca cea ce curge normal pe rau. Aceste rezultate influenteaza predictia evolutiei concentratiei unor poluanti sau a posibilitatilor de productivitate biologica a unui rau. De asemenea trebuie luat in calcul hyporheosul, zona de sub fundul apei unde sunt multe vietuitoare acvatice ce traiesc continuu sau doar temporar in sedimente.
De la izvoare spre aval, raurile isi modifica treptat caracteristicile de curgere, configuratia albiei si calitatea apei. Corespunzator variaza si structura biocenozelor. Pentru pesti putem distinge in zona noastra geografica pe un rau portiuni de dominanta a unei specii sau asocieri: zona fantanelului; zona pastravului (specii insotitoare: boistean, grindel, zlavoaca); zona lipanului si moioagei (specii insotitoare: lostrita, clean dungat) etc.
4.2.Lacurile
Lacurile sunt ape statatoare si se impart in naturale si artificiale. Cele naturale sunt majoritatea situate intr-o depresiune naturala inchisa a scoartei pamantului, dar exista si lacuri de alta origine, cum sunt cele de baraj natural, sau in cratere vulcanice etc. Majoritatea sunt lacuri cu apa dulce, insa exista multe cu apa sarata, mai ales in zone aride, dar si in alte imprejurari cum sunt foste saline inundate, golfuri marine ce au fost separate de mare etc. Unele lacuri sunt alimentate de rauri sau paraie / izvoare, altele aparent numai de precipitatii si eventual izvoare submerse. Unele au scurgere prin rauri sau chiar fluvii, altele sunt lipsite de scurgere. Majoritatea lacurilor sunt permanente, dar exista si numeroase lacuri temporare in zone carstice sau aride, unele de foarte mari dimensiuni cum sunt lacul Erie din Australia, pe care geografii voiau sa il stearga de pe harti caci nu avusese apa multe decenii dar brusc s-a reumplut dupa ploi puternice.
Suprafata totala a lacurilor este de circa 2,7 milioane km2, adica aproximativ 1,8% din suprafata uscatului). Cel mai mare lac este Marea Caspica, cu 400.000 km2 (dar cu apa sarata si considerata de unii ca fiind o mare, chiar daca nu are legatura cu oceanul planetar) Urmeaza ca marime lacul Superior (80.000 km2), apoi lacul Victoria si alte circa 30 de lacuri cu peste 5000 km2. Cel mai adanc lac este lacul Baikal, , ce atinge 1620 metri profunzime, fiind cel mai mare rezervor de apa dulce lichida de pe Terra.
Lacurile artificiale sunt in marea lor majoritate lacuri de acumulare create prin bararea vailor cu baraje de beton sau anrocamente, creand in spatele lor lacuri de acumulare. Primul baraj se pare ca a fost construit in Egipt acum peste 5000 de ani. La nivelul anului 1982, numarul de mari lacuri de acumulare era de: peste 18.500 in China, peste 5300 in SUA; peste 2100 in Japonia, peste 1000 in India, peste 690 in Spania, peste 600 in Coreea, peste 580 in Canada, peste 520 in Marea Britanie, peste 490 in Brazilia, 432 in Franta, 408 in Italia, 219 in Norvegia, 184 Germania, 142 Cehoslovacia, 134 Suedia, 130 Elvetia, 114 Yugoslavia, 112 Austria, 108 Bulgaria. Principala folosinta pentru majoritatea acumularilor este cea hidroenergetica. Hidrocentralele sunt de diverse tipuri, determinate mai ales de caracteristicile de debit si cadere. Astfel, turbinele tip Pelton se folosesc la debite reduse cu caderi mari de apa, cele tip Francis la caderi medii dar debite medii sau meri, cele tip Kaplan la caderi mici sau debite oscilante Exista si turbine tubulare, turbine reversibile (ce pot functiona si ca pompe) iar pentru stocare de energie se construiesc hidrocentrale prin pompaj.
O teorie clasica sustinea ca un lac este o formatiune efemera la scara erelor geologice, ca evolutia lui naturala este din punct de vedere biologic spre eutrofizare iar din punct de vedere hidrografic spre colmatare si disparitie, prin afluxul de sedimente (rauri, vant, erodarea malurilor.) si prin depunerea de substante organice din 'ploaia biologica'. Totusi se constata ca intr-adevar lacurile eutrofe, politrofe sau hipertrofe merg rapid spre colmatare, pe cand cele oligotrofe nu au depuneri semnificative pe fund de la procesele biologice. Si nu in toate lacurile exista aport exogen ridicat de material care sa se sedimenteze, astfel ca unele lacuri sunt practic nemodificate de milioane de ani.
Ȋn secolul XX toate marile lacuri fara scurgere din lume si-au redus nivelul (Marea Caspica, Marea Arai, Marele Lac Sarat, Marea Moarta etc.). Cauza este prelevarea de mari cantitati de apa pentru irigatii dar si o aridizare a climei.
