|
|
|
Factori determinanti ai calitatii apelor de suprafata
1 Factori ce influenteaza calitatea apelor de suprafata
Calitatea apei este influentata de factori antropici si naturali.
Apele meteorice aduc gaze dizolvate din atmosfera, naturale sau provenite din poluarea aerului, particule de praf, pulberi si particule radioactive, materiale antrenate in cursul siroirii pe suprafata solului, cum sunt frunze, ierburi si alte materiale vegetale in toate fazele posibile de biodegradare, bacterii, argile, insecticide si erbicide, substante organice solubile extrase din vegetatia in putrefactie etc.
Utilizarile casnice ale apelor aduc aport de material organic nedegradat ex. gunoi menajer, grasimi etc., material organic partial degradat cum ar fi materiale fecale trecute partial sau deloc prin proces de epurare, bacterii inclusiv patogene, virusuri, oua de viermi, hartie, plastic, detergenti etc.
Utilizarea industriala genereaza un input de materiale organice biodegradabile, solide anorganice, reziduuri chimice extrem de diverse, ioni de metale.
Folosintele agricole aduc in apele de suprafata cantitati suplimentare de saruri si ioni, resturi de ingrasaminte chimice, insecticide si ierbicide, particule de sol, detritus organic.
Utilizarile consumptive de apa reduc debitele si implicit maresc concentratiile de solide dizolvate sau in suspensie.
2 Variatia spatio-temporala a calitatii apelor de suprafata
Calitatea apei nu ramane constanta in timp, ci poate sa varieze din cauza multor factori, fie produsi de om (factori antropici), fie de origine naturala (dintre care evident la unii are si omul o contributie). 111.2.1.Factori antropici
Factori antropici de variatie spatio-temporala a calitatii apelor de suprafata sunt in primul rand poluarile antropice accidentale, dar si descarcarea discontinua de ape uzate ce produce variatii-soc de concentratie a poluantului, greu de suportat pentru vietuitoarele acvatice.
Irigatiile determina debite de reintoarcere (cu incarcare specifica) numai in perioada de irigare a culturii in cauza. Fabricile de conserve de legume de regula functioneaza (si deci 9
polueaza) sezonier. Apele fecaloid-menajere neepurate ajung in emisar in cantitati crescute la anumite ore, corespunzator programului locuitorilor. Apele uzate industriale adesea se genereaza in perioadele de activitate a fabricii (cu exceptia celor unde se lucreaza in 3 schimburi), iar detergenti si alte substante se antreneaza la sfarsit de schimb sau in pauze cand se fac spalari etc.
2. 2. Factori naturali
Conditiile climatice: Apele din topirea zapezii sunt noroioase, moi, cu continut bacterian ridicat. Apele in perioade de seceta sau din zone aride sunt dure si cu continut mineral inalt, semanand cu apele subterane. Apele la inundatii sunt noroioase si adesea au antrenat o multitudine de compusi diversi. Radiatia solara, vanturile, variatia de temperatura si ciclul inghet-dezghet, ataca si sfarama rocile dure, generand astfel si particule antrenabile de ape ca suspensii.
Conditiile geografice. Apele de munte, cu curgere rapida, difera de cele de ses ca putere de transport, gradient, acoperire a albiei etc. in apropierea marii, vantul aduce cantitati importante de saruri ce ajung apoi in ape determinand salinitate crescuta.
Conditii geologice: Solurile argiloase produc noroi. Cele organice si mlastinile produc coloratie. Terenurile cultivate dau particule de sol, ingrasaminte, ierbicide si insecticide. Rocile fisurate sau fracturate permit intrarea in apele subterane a bacteriilor, suspensiilor etc. Continutul mineral depinde de roci, atat cantitativ cat si calitativ. Astfel, capacitatea relativa de dezagregare a apei este de 1 pentru granit, 12 pentru calcar si 80 pentru sare! Prezenta activitatii hidrotermale sau vulcanice poate duce la mari poluari 'naturale', caci unele ape vulcanice au aciditate extrema ( lacul Kawah Idjen din insula Java, cu pH 1,5 !). La fel de mari influente pot avea alunecarile de teren, cedarea brusca a ghetarilor sau domurilor de sare sau alte asemenea evenimente catastrofice naturale ce duc la descarcarea brusca de ape cu mare continut salin sau de suspensii
Vegetatia: Vegetatia ataca prin radacini (mecanic) si prin mecanisme biochimice roca dura, generand astfel si particule antrenabile de ape ca suspensii, in plus produce frunzis si alte resturi vegetale, care cad direct in ape sau sunt antrenate de vant sau viituri. Vegetatia acvatica influenteaza si ea calitatea apei: Procesele biochimice productive sau de degradative regleaza adesea cantitatea de azot si fosfor, pH-ul, carbonatii, oxigenul dizolvat si alte substante din apa. Acest control este pregnant in lacuri dar poate sa se manifeste si in rauri
Anotimpul: Toamna in ape e antrenat frunzis si alte resturi vegetale, modificandu-se culoarea, gustul, continutul bacterian si cantitatea de carbon organic si azot din ape. Sezonul mai uscat determina cresterea concentratiilor de saruri. Organismele acvatice se dezvolta si ele sezonier. Amestecul apei din lacuri se produce sezonier. Inundatiile sunt si ele de regula sezoniere, la fel si perioadele secetoase, cu debite reduse.
Variatia diurna: Ziua algele din apa produc oxigen, noaptea consuma. Concentratia de oxigen dizolvat prin urmare variaza si ea intr-o anumita masura.
Practicile manageriale cu privire la resursele naturale: Terenurile suprapasunate sau denudate sunt susceptibile la eroziune Padurile mult mai putin, dar sunt sursa de detritus organic, ca si mlastinile.
2.3.Variatia naturala in spatiu a calitatii apelor de suprafata
Ca urmare a acestor factori majori si a altora, calitatea apei din rauri este variabila in spatiu. Diferentele pot fi mari in raurile cu bazin mic, deoarece un singur factor din cei amintiti poate modifica major calitatea apei. La rauri cu bazin de sub 100 km2 variatiile diversilor parametri ating adesea magnitudini de mai multe ordine de marime, pe cand in cazul raurilor cu bazin hidrografic mai mare, de peste 100 km2, calitatea este mult mai constanta, variatiile fiind de regula cu maxim un ordin de marime pentru fiecare parametru chimic. Pe baza ordinii concentratiilor ionilor majori, putem clasifica apa raurilor in 24 de grupe. Raurile mari insa curg prin regiuni variate din punct de vedere geologic si se produce un amestec al diverselor tipuri de ape, incat nu se mai pot face asemenea diferentieri si avem in final un singur tip de apa. in peste 97% din cazuri apa pe care o varsa raurile in oceane este apa calcico-bicarbonatata.
in concluzie, nu orice apa naturala nepoluata antropic este utilizabila pentru consum uman, neexistand o apa naturala 'standard' fata de care sa le consideram pe altele ca 'poluate natural' desi conceptia antropocentrista a facut sa apara si un asemenea termen, relevant numai pentru utilizare apei de catre om si nu pentru intelegerea apei in ansamblu. Oricum, in aproape in toate apele exista viata care s-a adaptat conditiilor respective. Nu acelasi lucru se poate spune despre apele cu calitati modificate de om.
2.4. Variatia naturala in timp a calitatii apelor de suprafata
De asemenea, variatia calitatii apei din cauze naturale poate fi semnificativa si in timp, periodica sau neperiodica, de cauza biotica sau abiotica, interna sau externa acelei mase de apa. Variatiile depind mult de regimul hidrologic al respectivei ape de suprafata si de originea si comportarea fizico-chimico-biologica a diversilor constituenti.
Pentru rauri, variabilitatea temporala cea mai mare si tipica este cea a debitului. Aceasta variatie determina importante variatii ale concentratiei de ioni si alte substante dizolvate transportate. Primul gand ar fi ca un debit mai mare duce la concentratii mai mici, prin dilutie. in practica lucrurile sunt mult mai complexe, putandu-se distinge 7 modele.
Primul model este intr-adevar scaderea concentratiei odata cu cresterea debitului, prin dilutie, si se verifica de regula pentru principalii ioni. Un alt doilea model este o crestere limitata a concentratiei odata cu cresterea debitului. Acest lucru se intampla pentru materiale organice si compusii de azot pe care apele de siroire ii spala de pe sol si ii duc in rau. Un al treilea model de corelatie este o curba pesudogaussiana, cu un maxim atins la varful de viitura, prin dilutie. Al patrulea model este cresterea exponentiala a concentratiei suspensiilor si a substantelor atasate acestora, cum sunt metalele si pesticidele. Al cincilea model este unul de tip bucla, ce apare la inundatii, unde maximul de turbiditate este atins inaintea maximului de debit. Al saselea model este concentratia cvasiconstanta in ciuda cresterii debitului, si se verifica in caz ca apa din rau are provenienta predominant subterana, ca in regiunile carstice, sau daca alimentarea se face dintr-un lac sau daca substantele in cauza au origine atmosferica. Al saptelea model de evolutie este o comportare neregulata a concentratiei, fara clara corelare cu debitul, ce se verifica in cazul aporturilor externe intamplatoare sau a fenomenelor biologice variabile din apa nelegate de debit ci de alti factori cum e ciclul nictemeral (noapte / zi).
in lacuri, daca timpul de rezidenta a apei este de peste un an, majoritatea variatiilor in timp a calitatii apei au ca si cauza procesele interne, determinate climatic si biologic, in regiunile temperate, biomasa algala atinge de regula un maxim in mai si eventual un nou maxim la sfarsitul verii. Concordant variaza si parametri cum sunt oxigenul dizolvat, nutrientii, pH-ul, calciul si bicarbonatul, in lacurile de acumulare, datorita timpului de rezidenta scurt al apei si a variabilitatii descarcarii de debite de apa din lac, evolutiile sunt mai complexe.
Sedimentele de pe fundul lacurilor sunt un excelent martor al calitatii apei, inregistrand fidel de-a lungul mileniilor evolutiile, inclusiv evenimente catastrofice precum inundatii exceptionale, poluari de la eruptii vulcanice etc.
Pe baza acestor factori se poate modela si intelege modul de evolutie a concentratiei poluantilor si altor substante in ape, prezentat mai pe larg in capitolul 'Poluare apelor de suprafata'.
3 influenta compozitiei naturale a apei asupra folosintelor ei
Apele de suprafata pot avea compozitie variabila si fara a fi 'poluate' de om. Principalele substante ce se gasesc in mod natural dizolvate in apa au si influenta considerabila asupra calitatii ei si a posibilelor folosinte umane, lucru de care trebuie tinut cont inainte de a analiza nivelul si impactul poluantilor de origine antropica. Cele mai frecvente substante prezente naturale in ape si care influenteaza calitatea si utilizarile posibile sunt:
Silicea (bioxid de siliciu -SiO2 ) are concentratii de obicei de la 1 la 30 mg / litru, dar au fost gasite ape si cu 4000 mg / litru! in prezenta calciului si magneziului, se depune in boilere si turbine de abur, precipitatul e foarte aderent si creaza probleme mari de utilizare a apei. in schimb la ape moi se adauga silice pentru a preveni corodarea tevilor de fier.
Fierul se gaseste de regula in concentratii de sub 0,5 mg / litru in ape oxigenate, dar la ape subterane urca des spre 50 mg /l. La ape acide termale, ape de mina si ape uzate industriale s-au gasit concentratii de 6000 mg /litru. La ape bine aerate la concentratie de peste 0,1 mg / litru precipita, cauzand turbiditate, ruginire, patarea hainelor la spalat, modificand gustul si mirosul. Peste 0,2 mg / litru face ca apa sa fie improprie majoritatii folosintelor industriale. Frecvent se practica din aceste motiv deferizarea apei. El nu afecteaza sanatatea. Frecvent exisa in organismul uman un deficit. Absorbtia intestinala e foarte diferita.
Manganul apare de regula in concentratii de sub 0,2 mg / litru. Apa subterana si apele de mina contin uneori peste 10 mg / litru iar apele din lacurile de acumulare care au suferit fenomenul de inversare (turn-over sezonier) pot ajunge la peste 150 mg/ litru. La concentratii de peste 0,2 mg / litru, in prezenta oxigenului, precipita , cauzand depuneri in retele de distributie a apei si filtre. Peste 0,2 mg / litru face ca apa sa fie problematica pentru multe folosinte industriale. De aceea se practica uneori demanganizarea apei. Este esential pentru viata. Omul necesita 1,5 - 5 mg / zi. Nu este toxic.
Calciul ajunge uneori in rauri la 600 mg / litru, dar in ape foarte sarate poate atinge 75000 mg / litru. El nu afecteaza sanatatea dar prin duritatea crescuta poate afecta conductele, spalatul, poate afecta gustul alimentelor de exemplu ceaiul, cafeaua etc
Magneziul ajunge uneori in unele rauri la mai multe sute mg / litru, in apa marii sunt peste 1000 mg / litru in ape foarte sarate poate atinge 57000 mg / litru. Calciul si magneziul se combina cu bicarbonatul, carbonatul, sulfatul si silicea si se depun ca 'piatra' aderenta in boilere, calorifere si alte asemenea, in plus ionii de calciu si magneziu se combina cu acizii grasi din sapunuri si reduc puterea de spalare a acestora, fiind necesare cantitati mult mai mari de sapun pentru a face clabuci si a spala. Magneziul in concentratii mari are efect laxativ, producand diaree de exemplu la cei neobisnuiti cu acea apa. Multi oameni au deficit de magneziu, dar de obicei din cauza absorbtiei reduse a lui din cauze interne.
Sodiul este metal alcalin, al 6-lea element chimic ca raspandire pe Terra. Atinge in unele rauri concentratii de 1000 mg / litru, in apa marii 10.000 mg / litru si in ape foarte sarate chiar 25.000 mg / litru. Vantul il duce din mare pana la 100 km in interiorul continentului si poate polua apa subterana. Cantitati mari ingerate pot produce hipertensiune arteriala. Peste 50 mg / litru in prezenta de suspensii produce spumare ce accelereaza precipitarea si depunerea de 'piatra' in boilere si cazane iar peste 65 mg / litru de sodiu creaza probleme in fabricarea ghetii.
Potasiul este tot metal alcalin, esential pentru viata. E de obicei sub 10 mg / litru, atinge insa 100 mg / litru in unele izvoare termale si peste 25.000 mg / litru in ape saraturoase. Peste 50 mg / litru in prezenta de suspensii produce spumare ce accelereaza precipitarea si depunerea de 'piatra' in boilere si cazane. Excesul e toxic pentru pesti.
Carbonatul e de regula aproape absent in ape de suprafata si sub 10 mg / litru in ape subterane, dar creste in ape care au mult sodiu.
Bicarbonatul e de regula sub 500 mg / litru dar poate urca la peste 1000 mg / litru in ape cu mult bioxid de carbon. La incalzire, bicarbonatul se transforma in apa, bioxid de carbon si carbonat. Acesta se combina cu calciu si magneziu si formeaza depuneri calcare in interiorul tevilor, cazanelor etc. creand mari probleme. De aceea, ape cu incarcarea mare de alcaline si bicarbonati sunt improprii multor folosinte industriale.
Sulfatii sunt de regula sub 1000 mg / litru in ape, dar pot ajunge la 200.000 mg / litru in ape salmastre. Sulfatii se pot combina cu calciul si precipita ca depuneri aderente in cazane si instalatii. Concentratii peste 250 mg /litru nu sunt admise in unele utilizari industriale. Apa cu 500 mg /litru e amara iar la peste 1000 mg / litru catarala (iritanta). Au roluri in organismul animal dar nu sunt esentiali caci pot fi produsi intern din alte substante. Pot la concentratii mai mari in apa potabila produce diaree, dar in timp exista o anumita obisnuire.
Clorurile au concentratii de obicei sub 10 mg / litru in regiuni nearide, in schimb in apa marii depaseste 19300 mg / litru si in unele ape foarte sarate chiar 200.000 mg / litru. La concentratii peste 100 mg / litru gustul apei este sarat, in multe industrii concentratia de cloruri peste 100 mg / litru e inacceptabila. Apa cu exces de cloruri nici pentru consumul uman nu e adecvata, putand avea efecte nocive asupra sanatatii.
Fluorul de regula nu depaseste 01 mg/ litru in ape de suprafata si 10 mg / litru in cele subterane, dar n unele ape foarte sarate atinge 1600 mg/litru. Fluorul in concentratii pana la 1.5 mg % litru are efect benefic asupra sanatatii umane, la mai mult se produc afectiuni ale dintilor si oaselor.
Nitratii in apele de suprafata nepoluate sunt de obicei sub 1 mg / litru, uneori pana la 5 mg / litru, in ape subterane pot atinge 1000 mg / litru. De aceea uneori apele subterane trebuie amestecate cu alte ape pentru a putea fi utilizate. La peste 100 mg / litru apa are gust amar si poate fi daunatoare sanatatii. Poate genera methemoglobinemie la copii
Solide dizolvate: De regula nu depasesc 3000 mg / litru la ape de suprafata sau 5000 mg / litru la ape subterane, in regiuni aride sau cu saraturi se poate ajunge la 15.000 mg / irtru si exista ape sarate cu peste 300.000 mg / litru solide solvite. Cantitati de peste 500 mg / litru solide dizolvate fac apa improprie consumului uman iar multe industrii necesita apa cu incarcare sub 300 mg/litru.
La multe substante, cum sunt de exemplu metalele, esentiala nu e doar concentratia deci cantitatea) ci forma (solvita respectiv legata). Sunt multi factori ce intervin. Astfel, netatelor le creste solubilitatea si mobilitatea la scaderea pH-ului, cresterea salinitatii, prezenta factorilor de chelare, detergentilor sau a proceselor redox. Acidifierea apei mobilizeaza metalele grele din sedimente si astfel determina in mod secundar o poluare cu metale a apei. in plus, trebuie tinut cont ca efectele biologice ale unui anumit compus depind nu doar de concentratia lui in apa, ci si de biodisponibilitatea lui - daca se absoarbe in organismul viu, daca exista bioacumulare in individ sau acumulare in lantul alimentar etc. Compusii organici sufera procese de absorbtie, evaporare, hidroliza, fotoliza, procese biochimice etc. si deci isi modifica concentratia in timp.
