APELE SUBTERANE

Originea apelor subterane

Dupa cum am mai mentionat, hidrosfera reprezinta un invelis cvasicontinuu al globului terestru. Apa care se infiltreaza in roci formeaza rezerve, structuri sau zacaminte de apa subterana. Particularitatile lor de formare si de regim sunt studiate de o fosta ramura a Hidrologiei - devenita ulterior o stiinta independenta - Hidrogeologia.

Este evident ca acumularea unor rezerve de apa in roci presupune ca in interiorul acestora sa existe anumite conditii favorabile. Cu alte cuvinte rocile prezinta anumite caracteristici care permit ca apa sa circule si sa se inmagazineze in interiorul lor.

Apele subterane provin din surse diferite: prin infiltratia precipitatiilor (ape vadoase), din condensarea subterana a vaporilor proveniti prin racirea si degazeificarea magmelor (ape juvenile sau magmatice), prin intermediul meteoritilor care cad pe pamant (ape cosmice), sau prin formarea unor zacaminte petrolifere cu cedare de apa (apele de zacamant, veterice sau fosile). Apele de zacamant se formeaza prin descompunerea substantelor organice din rocile biogene (organogene).

In legatura cu originea acestor ape subterane de-a lungul timpului au existat mai multe teorii, tot mai bine fundamentate, pe masura ce stiintele despre natura se dezvoltau. Astfel, in secolul al XVI-lea Bernard Palissy considera ca acestea se acumuleaza in scoarta terestra prin infiltrarea precipitatiilor in functie de gravitatia terestra, pana la intalnirea unor straturi impermeabile. La inceputul secolului al XVII-lea, Rn Descartes sustine ca apele subterane au aparut prin acumularea vaporilor formati datorita caldurii interne a Pamantului, in goluri submontane de unde ies, prin racire si condensare, sub forma de izvoare. Fizicianul francez Mariotte reia teoria infiltratiei a lui B.Palissy si face unele calcule de bilant hidrologic in bazinul Sena. Catre sfarsitul secolului al XIX-lea Volger sustine ca volumul de ape subterane provenit prin infiltrarea precipitatiilor este in realitate mai mic decat cel calculat de Mariotte, deoarece patura superficiala a solului se umecteaza si devine impermeabila. Rezervele cele mai mari de apa se formeaza, dupa Volger, prin condensarea vaporilor de apa care, in perioadele de seceta, patrund adanc in roci. Aceasta teorie a fost ulterior combatuta cu urmatoarele argumente:

ar fi necesare volume uriase de aer in roci, din care vaporii de apa sa formeze prin condensare cantitati atat de mari de apa subterana;

caldura degajata de condensarea vaporilor de apa din roci ar ridica temperatura stratului si ar face imposibila o condensare ulterioara semnificativa;

in atmosfera nu exista o cantitate atat de mare de vapori de apa care sa asigure alimentarea apelor freatice existente in realitate;

in regiunile tropicale unde rocile sunt deja supraincalzite procesele de condensare nu ar mai fi posibile;

Cele mai noi teorii privind formarea apelor subterane preiau de la cele vechi partile realiste si admit ca la acest proces contribuie atat infiltratia precipitatiilor cat si condensarea vaporilor de apa existenti in fisurile din roci sau proveniti din atmosfera, in proportii care difera de la o regiune la alta in functie de climat si de caracteristicile rocilor. Predominant este insa rolul precipitatiilor.

Infiltratia ca element principal al formarii apelor subterane depinde de mai multi factori, intre care mentionam:

a)    Factori meteorologici: precipitatiile, temperatura aerului, umiditatea atmosferica si evaporatia, care actioneaza interconjugat, intr-o stransa interdependenta;

b)   Factori morfologici: panta terenului, forma reliefului;

c)    Factori geologici: structura si caracteristicile litologice ale rocilor (porozitate, permeabilitate, grad de fisurare);

d)   Factori biologici: vegetatia, fauna, omul;

Caracteristicile fizice ale rocilor magazin

De aceste caracteristici depinde procesul de infiltrare si de acumulare a apelor subterane si de aceea ele mai pot fi considerate si proprietatile hidrogeologice ale rocilor. Intre acestea mentionam: porozitatea, permeabilitatea, capacitatea de absorbtie, gradul de indesare (tasare) etc.

2.1. Porozitatea rocilor.

Porozitatea totala a rocilor reprezinta procentul pe care il detine volumul golurilor fata de volumul total al acestora.

N = (Vg/V) x 100 (%) cand cunoastem volumul solid;

N = [(V-Vg)/V] x 100 (%) cand nu cunoastem volumul solid.

unde, Vg = volumul golurilor;

V = volumul total;

N = porozitatea.

Determinarea porozitatii se face in laborator prin metode diferite intre care mentionam:

a) Metoda greutatii specifice. Aceasta metoda are in vedere diferenta de greutate specifica intre roca din teren (γ) si aceeasi roca uscata (γu):

N = ((γ-γu)/γ) x 100 (%)

b) Metoda absorbtiei consta in determinarea volumului de apa (Va) care satureaza un volum de roca uscata (Vu) si se aplica la rocile cimentate:

N = (Va/Vu) x 100 (%)

Pentru a obtine o saturatie cat mai buna este necesar un timp mai indelungat sau lucrul in vid. O saturare rapida umple porii in proportie de 45 - 73%, una lenta de 50 - 81% iar saturarea in vid poate ajunge la un grad de umplere a porilor de pana la 100%.

c) Metoda volumetrica necesita masurarea initiala a volumului total al rocii (Vt) apoi a scheletului solid (Vs):

N = ((Vt-Vs)/Vt) x 100 (%)

Porozitatea rocilor prezinta variatii foarte mari, in functie de dispozitia particulelor, gradul de coeziune (cimentare), forma si dimensiunile particulelor, numarul si marimea fisurilor etc. (tab. nr. 1)

Tabel nr. 1. Porozitatea rocilor (dupa I. Pisota si I. Buta, 1975)

In functie de marimea porozitatii, rocile se impart in doua categorii: roci poroase si roci compacte, cu fisuri. In categoria rocilor poroase se cuprind: pietrisurile, bolovanisurile, prundisurile, argilele, marnele, piroclastitele. Cand porii (golurile) au diametre mai mari de 1,2 mm se poate vorbi de macroporozitate (cavernozitate). La diametre cuprinse intre 0,5 mm- 1,2 mm porii se numesc supracapilari, iar circulatia apelor se face insa dupa legile hidrodinamice, in conditii de presiune si temperatura normale. Porii cu diametre cuprinse intre 0,5 mm - 0,002 mm se numesc capilari, iar circulatia apei in aceste conditii este puternic influentata de forta de capilaritate (adeziune la peretii porilor) si nu mai respecta legile hidrodinamice. In cazul porilor cu dimensiuni sub 0,002 mm se poate vorbi de fenomenul de subcapilaritate in care circulatia apei este imposibila. Apa patrunde initial in acesti pori, dar stationeaza datorita fortei de absorbtie.

Daca avem in vedere conditiile de formare si de existenta a rocilor, porozitatea poate fi primara (golurile dintre granulele rocilor sedimentare, fetele de stratificatie sau fisuri initiale) sau secundara (golurile sunt formate prin dizolvare de catre apa sau prin fisuri rezultate din contractarea rocilor).

In categoria rocilor compacte, strabatute de fisuri se incadreaza rocile compacte, lipsite de pori, sau cu pori redusi: eruptive, sisturi cristaline, calcare, gipsuri, gresii compacte etc.

2.2. Permeabilitatea

Este acea proprietate a rocilor care le face sa permita circulatia apei prin porii lor. Ea depinde de modul de aranjare a particulelor de roca, dimensiunile porilor, temperatura si vascozitatea apei. Permeabilitatea depinde de porozitate dar nu direct proportional.

Unele roci sedimentare (nisipuri, pietrisuri, gresiile slab cimentate) sunt poroase si permit o circulatie lesnicioasa a apei, fapt pentru care sunt considerate roci cu permeabilitate omogena. Alte roci sedimentare (calcare, gresii dure, dolomite) precum si cele eruptive sau metamorfice au pori putini, fara legaturi intre ei, fisuri amplasate diferit, care permit circulatia apei diferentiat si au o permeabilitate neomogena.

Rocile cu granulatie foarte fina (argile si marne) desi au o porozitate mare (pana la 50 %) nu permit circulatia apei din cauza fenomenelor de absorbtie si ele sunt practic impermeabile. Deci nu este o legatura proportionala, directa, intre porozitate si permeabilitate.

Permeabilitatea se masoara in cm/s dar, in practica, se foloseste unitatea darcy:

Un darcy este debitul de 1 cm³/s al unui fluid cu vascozitate dinamica 1 centipoise care se infiltreaza printr-un mediu poros cu sectiunea de 1cm² sub actiunea unui gradient de presiune de 1 atm/cm.

1 darcy = 0.966 x 10^-3 cm/s (rotund: 1 darcy = 1 x 10^-3 cm/s)

In practica hidrogeologica, permeabilitatea se caracterizeaza prin coeficientul de permeabilitate (kp) numit si coeficient de filtratie (kf).

Din punct de vedere al permeabilitatii, rocile se clasifica in permeabile (cu circulatie buna a apei, conform pricipiilor hidrodinamicii apelor subterane) si impermeabile (fara circulatie, sau cu circulatie imperceptibila). Cele mai permeabile roci sunt prundisurile, pietrisurile si nisipurile.

2. Coeficientul de absorbtie

Reprezinta proprietatea unei roci de a imbiba si retine o anumita cantitate de apa. Depinde de compozitia granulometrica (fiind mai mare la granulatiile fine), gradul de indesare si de capacitatea de descompunere in prezenta apei.

Coeficientul de absorbtie se defineste prin raportul dintre masa de apa retinuta de o proba de roca in stare naturala si aceeasi proba uscata la 105 ^oC.

Ca = [(m1-m)/m] x 100 (%) m1 = masa naturala, saturata

m = masa uscata

2.4. Gradul de indesare - (D)

Este starea de indesare naturala a rocilor necoezive. Este cuprinsa intre 0 si 1. Rocile se impart din acest punct de vedere in:

- afanate (D = 0,00 - 0,33);

- indesate (D = 0,33 - 0,66);

- foarte indesate (D = 0,66 - 1,00).

Apa in roci

1 Tipuri de apa in roci

Raporturile dintre apele subterane si rocile magazin sunt deosebit de complexe datorita numeroaselor situatii din natura. In porii rocilor apa poate sa existe sub mai multe stari (I.. Pisota si I. Buta, 1975).

ca element chimic in compozitia mineralelor;

sub forma de vapori, existenti in porii rocilor neumpluti cu apa;

sub forma unor pelicule pe suprafata granulelor rocilor;

in stare solida (in rocile inghetate de la poli si de pe muntii inalti);

In general, apa din roci este supusa la doua forte care determina dinamica acesteia:

gravitatia - care imprima miscarea pe verticala a apei, de sus in jos;

forta moleculara (atractia moleculara) care influenteaza atat miscarea gravitationala (pe verticala) cat si mentinerea unei particule de apa intr-un gol sau o fisura capilara.

Apa din roci poate exista sub toate cele trei stari de agregare: lichida, solida (gheata), gazoasa (vapori). In stare lichida apa este: legata chimic, higroscopica, peliculara, gravitationala..

a) In ceea ce priveste apa legata chimic existenta in roci, aceasta se intalneste in natura ca apa hidratanta (de constitutie, de cristalizare) si apa zeolitica (strans legata de minerale, in reteaua de cristalizare, spre deosebire de apa de cristalizare care este slab legata chimic). Apa hidratanta se elibereaza din roci progresiv, pe masura cresterii temperaturii, in timp ce apa zeolitica necesita temperaturi de peste 100^oC pentru a fi eliminata.

b) Apa higroscopica inconjoara cu o pelicula granulele rocilor, nu transmite presiunea hidrostatica si se elimina numai sub forma de vapori. Fierbe la 100^oC si ingheata la -78^oC.

c) Apa peliculara reprezinta un alt invelis (pelicula) subtire care inconjoara granulele si se mentine datorita fortelor de atractie moleculara. Nu circula gravitational, dar poate trece de pe o particula pe alta, prin atractii reciproce, pana la uniformizarea grosimii particulelor. Se evapora la 100^oC si ingheata la -1^oC.

d) Apa gravitationala circula printre granule sub actiunea fortei gravitatiei si are caracteristicile termice ale apei normale. Transmite presiunea hidrostatica si se deplaseaza conform legilor hidrodinamice. In functie de dimensiunile porilor poate fi libera (fara alte influente decat gravitatia) si capilara (se deplaseaza prin forte capilare, dependente de marimea diametrelor porilor pe verticala, de jos in sus pana se evapora). Transmite presiunea hidrostatica.

2. Repartitia apei in sol si subsol. Zone de umiditate

Intr-un teren cu roci permeabile, situate peste un strat impermeabil, apele subterane se dispun pana la o anumita inaltime, variabila, numita nivel freatic sau nivel piezometric. Schematic, situatia se prezinta astfel (figura nr. 1)

Figura nr. 1. Zonele de umiditate din scoarta terestra

a) Zona de aeratie reprezinta partea situata deasupra nivelului piezometric, cu grosime variabila, in functie de oscilatiile acestuia.Cuprinde trei subzone:

1) subzona de evapotranspiratie (de la suprafata), in care procesele de evaporatie si evapotranspiratie sunt deosebit de active (aici sunt majoritatea radacinilor plantelor). Grosimea acestei subzone este de 1 - 3 m. Aici fenomenele de seceta se pun cel mai bine in evidenta. Cand umiditatea scade la limita minima se atinge coeficientul de ofilire sub care apa (cata mai exista) nu poate fi absorbita de radacinile plantelor. In aceasta subzona au loc numeroase procese chimice de oxidare si reducere, de salinizare etc. De aceea culoarea ei este mai inchisa decat a rocilor de dedesubt.

2) subzona de retentie, situata sub cea dintai, are grosimi de 0.5 - 2 m (uneori pana la 20 m). Are porii umpluti partial cu apa, aer si vapori de apa. Volumul de apa este egal cu capacitatea de retentie. Apa din aceasta subzona este suspendata (higroscopica, apa capilara si capilara izolata) si nu are legaturi hidraulice cu zona capilara.

3) subzona capilara contine apa higroscopica, apa peliculara si apa capilara continua, datorita fenomenelor capilare. Grosimea acestei subzone variaza invers proportional cu granulometria (30 - 40 cm in nisipuri, 200 -300 cm in argile). Inaltimea subzonei capilare variaza odata cu nivelul piezometric. La partea superioara apa capilara continua trece in apa capilara izolata, in toate celelalte subzone.

b) Zona de saturatie. Este situata sub nivelul piezometric, deci toti porii sunt saturati cu apa. Aceasta zona continua se numeste strat acvifer si de aici se fac alimentarile cu apa.

Adancimea limita, inferioara a apelor subterane se considera a fi intre 9 si 12 km. Porozitatea se reduce foarte mult prin presiune litostatica, iar temperaturile cresc conform treptei geotermice. Aici, la limita inferioara, temperatura atinge punctul critic al apei si indiferent de presiune apa se evapora.

In zona de saturatie se produc fenomene de cimentare (datorita sarurilor de Ca, Mg si SiO₂ care se depun in pori) si de inlocuire (metasomatism) a unor substante labile cu altele mai stabile (silicifieri, piritizari). Culoarea zonei este verde - albastrie datorita reducerii oxizilor, prezentei sulfurilor si silicatilor de fier ramasi neoxidati.

Strate acvifere

Apele patrund in roci prin infiltratie sau prin condensarea vaporilor si sub influenta gravitatiei, ajung pana la stratele impermeabile. Rocile situate deasupra stratului impermeabil saturate in apa de infiltratie se numesc roci acvifere, iar apa care satureaza aceste roci formeaza stratul acvifer. Situatiile din natura sunt deosebit de complicate deoarece exista multi factori de influenta (Figura 2.). La partea superioara stratul acvifer este delimitat de nivelul piezometric.

Elementele componente ale unui strat acvifer sunt: zona de alimentare (situata deasupra, pana la suprafata), zona de dezvoltare (respectiv extinderea stratului si cantonarea apei) si zona de descarcare (drenare) situata la cotele cele mai joase, unde apar izvoarele (figura nr. 3).

Stratele acvifere sunt libere (freatice), atunci cand deasupra nivelului freatic nu sunt paturi impermeabile si captive, atunci cand se dezvolta intre orizonturi impermeabile (figura nr. 4.).

In cazul stratelor libere, zona de alimentare se suprapune peste cea de dezvoltare.

1 Apele din zona de aeratie

In analiza mai aprofundata a stratelor acvifere libere sau captive trebuie avuta in vedere si zona de aeratie, situata in partea superioara a litosferei, cuprinzand solurile si sedimentele mai noi, avand porii adesea umpluti cu aer. In timpul precipitatiilor se intalneste si apa libera care se infiltreaza in adancime sau se acumuleaza local, formand lentile de apa libera la diferite nivele (figura nr. 5.).

Caracteristicile apelor din zona de aeratie sunt:

au caracter temporar, dispar in perioadele secetoase si reapar dupa ploi, deoarece se alimenteaza din precipitatii;

au mineralizare variabila, in functie de volumul de apa; mai mare in perioadele de seceta si mai mica primavara si dupa ploi;

prezinta oscilatii termice mari si ingheata iarna;

mediul poros de aici este subtire si nu filtreaza apa, de aceea continutul de microorganisme si substante organice este mare, fapt ce impune evitarea utilizarii acestor ape pentru consum;

constituie principala cale de migrare a elementelor in scoarta terestra;

2. Strate acvifere freatice

a) Suprafata si nivelul piezometric

Primul orizont acvifer cu extindere mare care exista sub suprafata terenului se considera strat freatic. Este cantonat in depozite superficiale permeabile, de regula cuaternare, dar si in roci sedimentare mai vechi, eruptive sau metamorfice, daca acestea sunt scoase la suprafata de catre eroziune si afectate de procese geomorfologice. Stratele acvifere freatice se alimenteaza in principal prin infiltrarea directa a precipitatiilor si se caracterizeaza prin curgerea continua a apei de la un nivel superior catre un nivel inferior, sub actiunea presiunii piezometrice (H), exprimata prin diferenta de nivel intre suprafata superioara si cea inferioara.

Suprafata pe care se aplica presiunea piezometrica se numeste suprafata piezometrica, iar nivelul superior al stratului saturat, la care apa se mentine in echilibru stabil, se numeste nivel piezometric.

Termenul "piezometric" se foloseste atunci cand apele subterane se considera in miscare (in curgere). In cazul apelor stagnante se foloseste notiunea "hidrostatic", respectiv "suprafata hidrostatica" sau "nivel hidrostatic".

Aceeasi notiune se utilizeaza si in cazul unor masuratori operative, care se efectueaza in foraje si care identifica adancimea nivelului la un moment dat.

Cand panza de apa coboara, ca nivel, spre zonele de descarcare, suprafata acesteia se numeste suprafata de depresiune iar un profil (sectiune) devine profil de depresiune.

b) Morfologia suprafetei piezometrice

In general suprafata piezometrica urmareste, in mare, suprafata topografica, dar mult mai estompat si cu unele accidente suplimentare, in cazul aparitiei punctelor de descarcare (izvoare, in albia unui rau, intr-un canal, intr-o transee, in caz de irigatii etc. (figura nr. 6).

Raporturile normale dintre suprafata piezometrica si cea topografica pot fi tulburate de accidente tectonice (falii, greabanuri, depresiuni tectonice etc.).

Liniile care unesc puncte cu aceeasi adancime a suprafetei piezometrice se numesc izopiete, curbe freatice, hidroizohipse, s.a.

Varietatea mare a situatiilor din teren impune forme diferite ale suprafetelor piezometrice care se grupeaza in trei tipuri:

strate acvifere cilindrice, in care curgerea apei se face paralel cu liniile de drenaj;

strate acvifere radiale (convergente sau divergente) in care suprafata piezometrica este conica. Liniile de curent sunt divergente in conurile de dejectie, domuri si convergente in zone depresionare.

c) Adancimea si oscilatiile suprafetei piezometrice

In functie de raporturile dintre alimentare si descarcare ale stratelor acvifere, nivelul lor piezometric (suprafetele piezometrice) prezinta oscilatii. Amplitudinea acestor variatii difera de 2 - 10 m in lunci, unde schimburile sunt mai rapide, datorita granulometriei grosiere a aluviunilor si a porozitatii cu dimensiuni mai mari si sunt mai mici pe interfluvii. Uneori apele freatice din lunci sau de la baza versantului ajung pana la suprafata producand inmlastiniri (ape suprafreatice).

Daca vorbim de adancimea efectiva a nivelului piezometric, aceasta variaza in limite foarte largi: 2 - 6 m in lunci, 10 - 20 m pe interfluviile joase, 50 - 100 m pe interfluvii inalte si inguste, piemonturi mari sau in zonele carstice.

Oscilatiile nivelului piezometric depind de conditiile de alimentare si de strat, de evolutia tectonica a regiunii si de interventiile antropice. Factorii care determina aceste variatii sunt: precipitatiile, evapotranspiratia, modificari ale nivelului de baza naturale (ca elemente naturale), construirea barajelor, digurilor, canalelor de desecare sau de irigatii, exploatarea intensa a apelor (ca elemente antropice).

d) Alimentarea stratelor acvifere freatice

In ceea ce priveste alimentarea stratelor freatice, aportul de apa provine din precipitatii (figura nr. 7), din surse de suprafata (lacuri, rauri, figura nr. 8), din strate acvifre de adancime sub presiune (ascensionale sau arteziene) si din surse artificiale. Asupra modului de alimentare mai facem mentiunea ca, in cazul raurilor se poate vorbi de un schimb continuu de ape: in perioadele lipsite de precipitatii cand nivelul apei din rauri este scazut, apele subterane alimenteaza debitele de apa, in timp ce, in cazul viiturilor, fenomenul este invers (raul alimenteaza panza freatica).

Figura nr. 7. Alimentarea stratelor freatice din precipitatii (dupa I. Preda si P. Marosi, 1971)

Figura nr. 8. Alimentarea stratelor freatice din retele de suprafata (dupa I. Preda si P. Marosi, 1971)

e) Mineralizarea apelor subterane

Continutul de substante minerale care se gaseste in apele subterane depinde de tipurile de roca magazin, de umiditatea zonei si de schimbul de ape. In zone umede si cu schimburi intense de ape, mineralizarea este slaba, daca si rocile permit acest lucru. in zone salifere continutul mineral este mai mare.

In regiuni cu deficit de umiditate drenajul slab favorizeaza, de asemenea, o mineralizare crescuta.

f) Tipuri de acvifere freatice

Stratele acvifere freatice se diferentiaza in functie de litologia si unitatea morfologica in care apele se acumuleaza.

Figura nr. 9. Strat acvifer din lunca Siretului

f1) Stratele acvifere din luncile raurilor (figura nr. 9). In conditiile unei granulometrii grosiere si cu o alimentare bogata (precipitatii, aport de pe versanti, schimb de ape cu raul), aceste strate acvifere sunt de regula foarte bogate. Apele au o calitate buna (daca raurile nu sunt poluate) si servesc pentru alimentarea populatiei si a obiectivelor economice. In natura exista o mare varietate de situatii in ceea ce priveste aceste acvifere. Avantajul consta in faptul ca, de regula, albiile si vaile au fost sculptate pana la roci impermeabile care reprezinta "culcusul" acestor panze freatice, peste care s-au depus aluviuni in grosimi diferite (8 - 10 m) care constituie roci magazin. Drenajul acestor ape se face prin schimb cu albia raului si pe directia generala de scurgere a cursului de apa (figura nr. 10.) Adancimea apelor freatice este in general redusa 2 - 6 m, mai mica la baza versantilor si pe sectoarele joase ale luncilor. Strate acvifere importante se intalnesc si la baza teraselor (foste lunci).

Figura nr. 10. Drenarea stratului acvifer freatic

f2) Stratele acvifere freatice din zonele interfluviale Ariile interfluviale se prezinta in mod diferit. Uneori pot fi sub forma unor campii interfluviale intinse si se alimenteaza numai din precipitatii. Poate exista si o influenta reciproca cu apele unor rauri situate mai in apropiere si atunci adancimea nivelului freatic este mai mica. Alteori aceste interfluvii extinse sunt departe de albiile raurilor iar adancimea coboara mai mult (20 - 30 m).

Alte tipuri de interfluvii se intalnesc in zonele deluroase si montane. Aici, situatiile sunt mai complicate (pante si diferente altitudinale mari) care permit acumularea unor rezerve importante de apa. Local insa, in sinclinale, depozite monoclinale cu roci permeabile si impermeabile alternante si in depozite deluviale mai joase, se acumuleaza suficienta apa care este utilizata. Uneori depozitele deluviale acopera izvoarele de la baza versantilor provenite de la acvifere mai adanci, captive si produc inmlastiniri.

f3) Stratele acvifere din piemonturile acumulative si campiile piemontane. De regula sunt bogate in apa situata la adancimi mai mari in piemonturi si mai mici in campiile piemontane. In cadrul acestei categorii se pot diferentia strate acvifere cantonate in forme de relief specifice: conurile de dejectie, deltele continentale (subaeriene sau de uscat) si piemonturile de acumulare. In toate cazurile este vorba de granulometrii grosiere si mari (pietrisuri, prundisuri si nisipuri cu o mare capacitate de acumulare a apei .

f4) Stratele acvifere in zona litoralului marin si in campiile continentale. Aceste strate acvifere prezinta anumite particularitati din cauza permanentului amestec dintre apele marine sarate si cele continentale dulci. In zonele litorale aride, pe o anumita distanta fata de tarm, apele marii patrund si devin freatice, mai saline. Cand este un aport mai mare de ape dulci (precipitatii, afluenti), acestea se situeaza peste cele sarate (avand densitate mai mica) si formeaza acvifere mixte. Uneori apa dulce se mentine sub forma unor lentile cuprinse in masa mai sarata a apelor freatice marine.

3 Strate acvifere de adancime

Stratele acvifere de adancime se deosebesc de cele freatice prin faptul ca sunt situate intre doua orizonturi impermeabile. Aceasta pozitie se reflecta in dinamica si caracteristicile acviferelor, fapt pentru care ele se mai numesc si captive. Stratele acvifere captive sunt mai putin influentate de agentii externi deoarece alimentarea lor se face de la distante mari fata de zona de acumulare si de la diferente importante de altitudine. De obicei stratele acvifere de adancime sunt cantonate in roci precuaternare, mai rar, cuaternare.

In natura, adesea, exista mai multe strate acvifere captive suprapuse, dispuse sub forma unor complexe acvifere (Figura nr. 12).

Caracteristici ale stratelor acvifere de adancime

a) Presiunea piezometrica (H) este, in general, mai mare decat in cazul apelor freatice, datorita faptului ca si diferentele de altitudine sunt mai mari. Apele sunt ascensionale sau arteziene.

b) Morfologia suprafetelor piezometrice, in cazul lor, este mai greu de urmarit. Dupa forma acestei suprafete stratele acvifere de adancime sunt cilindrice cand curgerea e uniforma si parabolice sau hiperbolice in cazul curgerii neuniforme. (Figura nr. 1)

Figura nr. 1 Strate captive cu curgere neuniforma (dupa I. Preda si P. Marosi, 1971)

c) Alimentarea se face pe la capetele de strate prin infiltrarea precipitatiilor sau a apei din rauri. Compozitia mineralogica variaza local si regional, in functie de particularitatile rocilor dar in general este mai mare decat la apele freatice (Figura nr. 14.)

Figura nr. 14. Alimentarea stratelor acvifere de adancime (dupa I. Preda si P. Marosi, 1971)

Clasificarea stratelor acvifere de adancime

Tipizarea acestor acvifere se face in functie de structura stratelor in care se acumuleaza. Se disting:

a) Strate acvifere cantonate in depozite orizontale, in care apele subterane sunt fara presiune sau usor ascensionale. Ex: in Podisul Moldovei si Podisul Transilvaniei.

Figura nr. 15. Strate acvifere cantonate in depozite monoclinale

b) Strate acvifere cantonate in depozite monoclinale cu presiune de strat mare, in functie de altitudinea zonei de alimentare. Ex: Podisul Moldovei de Sud (Figura nr. 15.)

c) Strate acvifere cantonate in sinclinale cu alimentare pe flancuri si cu presiune mare in partea joasa (Figura nr. 16.)

Figura nr. 16. Strat acvifer captiv

In ceea ce priveste presiunile de strat acestea depind de diferentele de nivel dintre zona de alimentare si punctul de forare. Cand jetul de apa din foraj se ridica deasupra solului vorbim de ape arteziene iar cand nu depaseste nivelul solului dar se ridica in foraj, apele sunt ascensionale (Figura nr. 17).

Figura nr. 17. Nivel piezometric artezian si ascensional

4. Apele subterane din rocile calcaroase

Rocile calcaroase prezinta unele particularitati in ceea ce priveste compozitia chimica, proprietatile hidrogeologice, caracteristicile lito-stratigrafice si relieful carstic format pe ele.

Continutul mare de carbonati face ca aceste roci sa fie solubile intr-o anumita masura. Pe baza acestei solubilitati, procesele morfogenetice actioneaza intr-un mod deosebit, creind o multitudine de forme interne (grote, pesteri) si externe (lapiezuri, uvale, polii, vai in chei etc.)

Figura nr. 18. Alimentarea stratelor freatice de catre stratele acvifere de adancime cantonate in diferite roci: a) granulare; b) carstificate (dupa I. Preda si P. Marosi, 1971)

Actiunea dizolvanta a apei, conjugata cu fisurile si diaclazele preexistente creaza spatii noi pentru acumularea si circulatia apelor subterane.

Fara a intra prea mult in detaliile de formare a spatiilor libere din rocile calcaroase, prin fenomene specifice, prezentam cateva caracteristici hidrogeologice ale acestora.

Precipitatiile cazute pe masa calcaroasa se infiltreaza prin fisuri si se acumuleaza in goluri. Se formeaza doua zone: de aeratie si de saturatie, separate printr-o suprafata libera, orizontala, cu discontinuitati. Zona de saturatie are porii si fisurile pline cu apa dar nu se numeste strat acvifer din cauza heterogenitatii rocilor. Zona de aeratie are goluri mari, seci prin care apa se scurge liber (Figura nr. 18).

Circulatia apelor din carst depinde de forma, dimensiunile, dispunerea si frecventa fisurilor. Particularitatile acestei circulatii sunt: caracterul turbulent, viteza de curgere variabila, directii de circulatie complicate si ponderea mica a volumului golurilor fata de volumul rocii. Aici, porozitatea (macroporozitatea) nu este data de aranjarea particulelor de roca (care in fond este compacta) ci de fisuri si goluri.

Directia generala de circulatie este verticala (circulatie libera) cu exceptia unor strate inclinate in care deplasarea apei se face pe diaclazele oblice ale rocii.

Nivelul de baza al curgerii carstice este, de regula, locul unde acestea ies la suprafata: in mare, intr-un rau, intr-un lac. In anumite situatii curgerea ia un aspect de sifonare (cu intermitente).

Izvoare

Daca stratele acvifere sunt deschise, prin eroziune sau prin fenomene tectonice, la locul de contact apa iese "la zi" sub forma de izvor. Acest termen este atat de comun incat, prin el se intelege practic numai apa de baut, ceea ce nu corespunde intru totul realitatii. Din aceasta cauza s-au propus si alte denumiri cu o destinatie specifica.

emergenta pentru apele dulci (nu si potabile) care apar in mod natural la suprafata terenului;

resurgenta pentru apele care ies din carst. Se considera ca este de fapt o reintoarcere a lor "la zi", dupa patrunderea si circulatia in masivele calcaroase prin caverne, canale, grote;

exurgenta, pentru apele care patrund in carst prin fisuri, se acumuleaza in adancime si apar la zi pe linii de falie sau grote;

Clasificarea izvoarelor

Dupa zona de provenienta din stratul acvifer:

a) Izvoare din zona de aeratie: debite mici, temporare, temperatura variabila, nepotabile (multi agenti patogeni din sol);

b) Izvoare din strate acvifere freatice. Acestea sunt de obicei descendente si au o rapandire mare. Ele apar prin eroziunea depozitelor superficiale (izvoare de eroziune sau de depresiune) singulare sau in linii de izvoare, sau la contactul a doua formatiuni geologice cu permeabilitati diferite (izvoare de contact). La randul lor, izvoarele de contact pot fi:

- izvoare de revarsare: in caz de accidente structurale;

- izvoare de preaplin: in structuri sinclinale, apa curge invers;

- izvoare de debordare: apa curge in sensul inclinarii stratelor si apare la accidente structurale;

c) Izvoare din strate acvifere de adancime. Se intalnesc mai rar, au debit constant si regim termic uniform. Tipuri:

- izvoare arteziene: pe linii de falie, strate monoclinale si sinclinale. Au debit constant;

- izvoare descendente: in sinclinale, de pe flancul mai inalt pe cel jos;

- izvoare de infiltrare si de curgere: in roci solubile (calcare, dolomite, gipsuri, sare etc.)