1 DEFINIII PRIVIND CARACTERIZAREA CURGERII N SOL I N ACVIFERE 1.1. DEFINIII I NOIUNI PRIVIND CARACTERISTICILE MEDIILOR POROASE Precipitaiile sub form de ploaie i zpad constituie aporturile de ap n sol. Cnd ploaia atinge solul iau natere trei procese: umezirea solului i infiltraia ; curgerea superficial (iroirea); evaporaia. Dac reprezentm grafic o seciune vertical prin sol (fig. 1.1) se pot observa trei zone distincte: zona nesaturat; franjul capilar; zona saturat. Apacarecadepesuprafaasoluluiumezetefraciuneasuperioara solului (civa centimetri), profilul coninutului de ap din sol modificndu-se. Aceastcretereaumiditii,lasuprafaasolului,nuproduceoscurgere vertical imediat. Atttimpctforeledecapilaritatesuntsuperioarecelor gravitaionaleapaestereinutcantr-unburete.Cndconinutuldeap depeteovaloarelimit,numitcapacitatedereteniespecific,apase propagsprepnzafreaticumezindozonmaiprofundasolului.Dac ploaiadureazmulttimp,umezireasoluluivafitotmaiputerniciva determinainfiltraia,adicdeplasareaapeisprepnzafreatic.Acest fenomenestefoartelentidepindedepermeabilitateasoluluiide adncimea pnzei freatice. MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 16 Scurgereadesuprafadinprimiicentimetridesolsaudevegetaie senumetescurgerehipodermic.Dacsolulesteimpermeabil,scurgerea de suprafa apare instantaneu. Vegetaia are un rol important n procesul de infiltraie i de scurgere de suprafa.Deasemenea,ncirculaiaapei,demarensemntateestei evaporaia. Aceastaare loc chiar i ntimpul ploii. Dup ncetarea ploii, se evapor att apa interceptat de vegetaie ct i cea de la suprafaa solului i chiar din sol. Apa din zona nesaturat urc prin capilaritate spre suprafa i aici se evapor. Fig. 1.1. Seciune prin profilul de sol. ncazulncarepnzafreaticnuestelamareadncime, evapotranspiraiaputernicdelasuprafaasoluluiantreneazocurgere ascendentapnzeifreatice.Micorareaconinutuluideumiditatela suprafaa solului produce apariia unor fore de capilaritate foarte puternice. Apa infiltrat pn la pnza freatic circul n acvifer, spre ruri, pe carelealimenteaz,nabsenaploii.Acestaport,dinspreapelesubterane spre apele de suprafa, formeaz debitul de baz al rurilor. Apasubteranprovenitdinciclulnaturalalapeisenumeteap vadoas. Pe lng aceasta exist i alte origini posibile ale apelor subterane, cum ar fi: condensareavaporilordinporiisolului(echivalentulfenomenuluide rou); Roc impermeabil Zon de aeraie (vadoas) apa din sol n apropierea suprafeei solului Suprafaa solului franj capilar Suprafaa liber a apei subterane apa subteranZon saturat 1 2 sat z (m) Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 17 apele juvenile provenite din rcirea magmei gravifice; apelefosilesuntapevadoasedatnddinperioademaiumedeale cuaternarului; apele geotermale sunt ape vadoase care urmeaz un drum complicat, se nclzesc la adncime i urc apoi la suprafa; ape de zcmnt sunt ape vadoase care nsoesc zcmintele de petrol. n general, putem defini mediul poros ca un material care are goluri interioarecepotcomunicantreele.Acestegoluripoartnumelede interstiii, spaii poroase sau pori. Forma i dimensiunile lor sunt variabile i suntdistribuitealeatoriuninteriorulmaterialuluirespectiv(dela interstiiilemolecularelagolurileextremdemari,numitecaverne).Exist dou moduri de definire a proprietilor locale ale unui mediu poros: prin noiunea de volum elementar reprezentativ (VER); prin noiunea de funcii aleatorii. Dacseconsiderunanumitvolumdintr-unmediuporos,raportul dintre volumul porilor i volumul total al rocii se numete porozitate (total sauabsolut).ncazulrocilorconsolidateuniiporisuntnchii.Astfel,n calcululporozitiiefectiveseianconsideraredoarvolumulporiloraflai n intercomunicaie. Porozitatea poate varia n timp datorit cimentrii rocilor granuloase sau tasrii. Astfel, porozitatea total n se definete: p spV VVn+= =rocii al total Volumulporilor Volumul. (1.1) n tabelul 1.1 sunt date cteva valori ale porozitii totale pentru diferite tipuri de material.Pentrustudiulmaterialelorporoasesemaipoatefolosiomrime numit indicele porilor:

solid i scheletulu Volumulporilor Volumul;VVesp= =(1.2) ntre porozitatea total a unui mediu poros i indicele porilor exist o relaie de tipul (1.3): 1 += =een ;n e en(1.3) Pentrumediileporoaseneconsolidatesepoateanaliza,princernere, compoziiagranulometricamaterialuluirespectiv.Vomnumicurb granulometricgraficulcarereprezintvariaiaprocentului(nvolumesau greutate) din particulele care traverseaz o sit cu ochiuri de diametru dat. MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 18 Se numete diametru eficace (d10) dimensiunea pentru care 10 din elementele mediului sunt mai mici dect d10. ngeneral,estededoritssemsoareporozitateamediuluifr perturbareastructuriisolide.Porozitateadepindedeaezareaparticulelor, deci de consolidarea i tasarea mediului. Tabelul 1.1Valori ale porozitii totale pentru diferite tipuri de material Tipul solului Porozitatea total () Granit nealterat0,021,8 Cuarite0,8 isturi, micaisturi, ardezii0,57,5 Calcare, dolomite primare0,512,5 Dolomite secundare10,030,0 Cret8,037,0 Gresie3,538,0 Tufuri vulcanice30,040,0 Nisipuri15,048,0 Argile44,053,0 Argile gonflatepn la 90 Soluri de cultur45-65 ntr-unmediuporossaturatexistdoufelurideap:aplegati ap liber. Apa este legat de suprafaa particulelor prin forele de atracie molecular.Acesteforedescresccudistanadintremoleculadeapi particulasolid.Unprimstratadsorbitareogrosimede0,1i corespunde unei orientri a moleculelor de ap cu structur dipolar H-OH, perpendicularepesuprafaasolidului.Foreledeatraciecareaparsuntde ordinul a 10 000 bar i scad n raport cu distana. Porozitatea cinematic a unui mediu poros saturat este: poros mediului al total Volumulcircula poate care ap de Volumul=cn . (1.4) Volumul porilor prin care poate circula apa este ntotdeauna mai mic dectvolumultotalalporilor.Senumeteporozitatededrenaj(specific yield) acea parte din porozitate care poate fi drenat gravitaional (nd). ntr-unmediuporosnesaturatexisttreifaze:solid,lichid, gazoas.Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 19 Coninutulvolumicdeumezealsauumiditatea,pentruunVER, se poate defini ca fiind: total Volumulcotinuta ap de Volumul= u (1.5) i saturaia volumic sau gradul de saturaie Sw: porilor al total Volumulcontinuta apa de VolumulSw = . (1.6) Coninutulvolumicdeumezeal(u)poatevariadela0lan (porozitateatotal),iargraduldesaturaie(Sw)dela0la1(saudela0la 100). Legtura dintre gradul de saturaie i umiditate este dat de relaia: nSu=w.(1.7) Coninutulmasicdeapreprezintmasadeapaflatntr-un eantion de sol, raportat la masa de sol uscat:

saMM= e .(1.8) Unsolesteconvenionaluscatatuncicndatingeogreutate constant,dupceafostinutnetuvlaotemperaturde105C. Coninutul masic de ap este mai ridicat n argile dect n solurile grosiere. ntre coninutul masic e i coninutul volumic de umiditate u exist relaia: ( ) de = u , (1.9) ncareestedensitateaapei(kg/m3),iardestedensitateaaparenta scheletului de sol (kg/m3), dat, la rndul ei, de relaia: t s dV M = ,(1.10) nexpresia1.10,Msestemasasoluluiuscat,iarVtestevolumultotalal solului. Prin profil hidric (fig.1.2) se nelege variaia umiditii (u) n funcie deadncime,ntr-unlocdatilaunmomentdat.Profilulhidricpermite calculul stocului de ap din sol ntre dou cote date.Cantitateadeapstocatntresuprafaiorizontalaz=z1 estedat de relaia: }u =1100dzzz S(1.11) i se exprim n nlime de coloan echivalent. MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 20 Variaia stocului de ap din sol, AS, n timp, se calculeaz cu relaia: ( ) ( ) | |} }u A = u u == = = A 1 12 1 1 1 2 1 10 02 10 0 0d dz zt , z t , z t t , zz z t , z t , zS S S S (1.12) u u(z) S0-z1 z1 z u z u(z) S 0 - z1 t2t1 z1 Subnivelulpnzeifreaticeseaflozonsaturatnproporiede 100. Deasupra acestui nivel se afl o zon numit franj capilar, n care are locridicareaapeidatoritcapilaritii(ntuburicapilare,conformlegiilui Jurin).Saturaia,naceastzon,esteaproximativ100(8590),iar presiunea este mai mic dect cea atmosferic. 1.2. SARCINA HIDRAULIC I SARCINA PIEZOMETRIC NTR-UN MEDIU POROS SATURAT Sarcina hidraulic ntr-un punct M, dintr-un mediu poros saturat cu un fluid incompresibil, supus forelor gravitaionale, se definete, ca fiind:z +gp gvH= 22+ , (1.13) unde v este viteza real a fluidului n punctul de cot z, p presiunea n acel punct,densitateafluidului,iargacceleraiagravitaional.Aceast sarcin descrete n sensul curgerii sau este constant n cazul repausului. Fig.1.2. Profilul hidric ntr-un sol nesaturat. Fig.1.3. Calculul variaiei stocului de ap din sol. Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 21 Sarcin piezometric (numit i nlime piezometric) este dat de relaia: zgpH= +.(1.14) ngeneral,ntr-unacvifer,vitezareal(v)estefoartemic,astfel termenul v2/2g este neglijabil. Sarcina hidraulicva fi n acest caz egal cu sarcina piezometric. Atunci cnd se practic un foraj n sol i se introduce un tub deschis la ambele capete, apa se va ridica n tub pn la nivelul B (fig.1.4.) zBAzAzB=HBSuprafata libera Fig.1.4. Sarcina hidraulic ntr-un acvifer. Cota zB, fa de sistemul de axe ales, reprezint sarcina H, n punctul de deschidere inferior al tubului. Acest tub se numete piezometru. ( )B BBAA B BAAA=H +z gp= +z g-z z g + p= +z gp= H (1.15) Dac fluidul este imobil n tubul piezometric i dac vom considera presiunea atmosferic egal cu zero (de referin), atunci HA = HB = zB. CotazBdinpiezometrudefinetesuprafaaliberapnzei,adic limita care separ mediul poros saturat de cel nesaturat. Dacpnzafreaticareocurgereorizontal,sarcinarmne constantpeovertical,iarcotasuprafeeilibereesteceamsuratde piezometru, indiferent de nlimea acestuia. Daccurgereanuesteorizontal,sarcinavariazcuadncimea,iar suprafaaliberestedefinitprincotalacarepiezometrulptrunden mediul saturat. npractic,piezometrulesteperforatpetoatlungimeaiastfelse msoar o sarcin medie n pnza freatic. n mediul nesaturat, sarcina matricial (h) este ntotdeauna negativ [31]. Aceast sarcin se nlocuiete uneori cu o mrime numit suciune (), care reprezint valoarea absolut a presiunii h. = -h sau =| h|>0 (1.16) MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 22 Sarcina hidraulic ntr-un mediu poros nesaturat devine astfel: H = - + z dac axa este n sus(1.17) H = - - z dac axa este n jos.(1.18) Suciunea caracterizeaz intensitatea forei cu care apa este reinut de matricea solid. n mod uzual, deoarece suciunea () poate atinge valori foarte mari, la exprimarea acesteia n centimetri se mai utilizeaz notaia: pF = log |h| = log.(1.19) De exemplu, pentru = 10 cm, pF=1 i pentru = 1000cm, pF=3. Corespunztorumiditiivolumicedeofilireaplantelor(naceast situaieforeledesuciunecareaparnrdcinisuntegalecuforele matriciale),apareopresiuneh=-16000cm.Aceastacorespundeunei suciuni = 16 000 cm, deci unui pF = 4,2. Suciunea variaz n funcie de textura solului i de gradul de compactare al acestuia. 1.3. CURGEREA N MEDII POROASE SATURATE. LEGEA LUI DARCY 1.3.1. Experiena lui Darcy nanul1856,Darcyaobservatexperimental relaiadintredebitulcare traverseazunmaterialporos (nisip)isarcinacorespunz-toarecurgerii.Peoinstalaie caceadinfigura1.5,s-au msurat:debitul,presiunean punctuldeintrarenprob, presiuneanpunctuldeieire dinprobipoziiaacestor puncte. Astfel,dacQ[L3/T] estedebituldeapcare traverseazcoloanadenisip deseciuneSilungimeL Fig. 1.5. Dispozitivul Darcy. Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 23 (fig.1.5), iar diferena de sarcin hidraulic, ntre intrarea i ieirea din prob este H, atunci legtura dintre aceste mrimi este:LHK S QA= . (1.20) AH reprezint pierderea de sarcin la traversarea probei (fig.1.6), iar Isenumetepanthidraulic,respectivpierdereadesarcinpeunitateade lungime,ndireciadecurgere,saugradientulhidraulicireprezintfora motrice care provoac micarea: ILH=A. (1.21) Darcyastabilitastfel,pentruunregimlaminardecurgere(nisipuri fine, iluri, argile), legtura dintre debitul specific q=Q/S, numit i fluxul de curgere sau viteza Darcy, i sarcina hidraulic. Astfel: fluxul de curgere este proporional cu gradientul de sarcin: LHK U qA = =,(1.22) undeK,exprimatn[LT-1]senumeteconductivitatehidraulicsau permeabilitate hidrogeologic. Fig. 1.6. Curgere orizontal printr-o coloan saturat. 1.3.2. Limite de valabilitate ale legii lui Darcy Legea lui Darcyeste valabil pentru regimurile de curgere laminar careauloc,deobicei,nnisipurilefine,iluriiargile[23].nnisipurile grosiere i pietriuri, vitezele cresc i regimul devine turbulent. n acest caz, relaia dintre flux i gradientul sarcinii nu mai este liniar ci de forma: 2 grad U U H + = , (1.23) MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 24 ncareoUreprezintpierderiledesarcindatoratefrecriivscoasela pereii matricei solide, iar |U2 pierderile datorate ineriei fluidului (disipaii deenergiecineticnpori,asemntoarecelorcareaparlangustareaunui tub de curent). Numrul Reynolds al mediului poros se definete: u=q~q=d U d U k URe , (1.24) unde:Uestevitezadefiltrare(m/s), k -rdcinaptratapermeabilitii intrinsece (m), -densitatea fluidului (kg/m3), q - vscozitatea dinamic a fluidului (kg/ms), v - vscozitatea cinematic a fluidului (m2/s), d - diametrul mediu al particulelor sau diametrul eficace d10 (m). n studiile hidrogeologice, se admite c legea lui Darcy este valabil pentru numere Re mai mici dect o limit cuprins ntre 1 i 10. n acest caz, curgereaestepurlaminarninteriorulporilor.PentruunRecuprinsntre 10 i 100 ncepe un regim de tranziie, n care forele de inerie nu mai sunt neglijabileiundelegealuiDarcynusemaiaplic.PentruRe>100 regimuldevineturbulent,iarrelaialuiDarcytrebuienlocuitcuorelaie deforma(1.23).npractic,curgereanmediiporoasermnelaminarn majoritateacazurilor,excepiefcndregimulcarsticizonadinimediata apropiere a lucrrilor de captare. Sichardtrecomandovaloarelimitpentrugradientulhidraulic (pnlacareestevalabillegealuiDarcy),nfunciedeconductivitatea hidraulic, K (m/s) [25]. Astfel: KI151=.(1.25) Limita inferioar de valabilitate a legii lui Darcy depinde de tipul de argil.Atuncicndvitezelesuntfoartemici,elenumaisuntproporionale cu gradientul sarcinii, caz n care forele de adsorbie sunt predominante, iar legea lui Darcy nu mai este valabil. 1.4. DEFINIREA I DELIMITAREA CORPURILOR DE AP SUBTERAN Acviferul poate fi definit ca ozon subteran care conine suficient materialpermeabilsaturat,astfelnctspermitcurgerea,sprepuurii izvoare, a unor cantiti semnificative de ap. Acviferele trebuie s permit nmagazinarea i circulaia apei spre puuri.Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 25 nfigura1.7suntdesenatediferitetipurideacvifere,limitatede corpuri de ap de suprafa i de straturi impermeabile.. Fig.1.7. Exemplu de delimitare a corpurilor de ap subteran. Dinpunctuldevedereallocalizriiiallimitelorexistenten domeniulhidrogeologic,dinfigura1.7sepotobservaurmtoarele formaiuni (corpuri de ap subteran): 1.acviferulfreatic(corpdeapsubteran)delimitatderurileAiB (corpurile de ap de suprafa A i B); 2.acviferulfreatic(corpdeapsubteran)delimitatderurileBiC (corpurile de ap de suprafa B i C); 3.acviferul sub presiune (corp de ap subteran) delimitat de rurile A i C (corpurile de ap de suprafa A i C). Zona aflat ntre rurile A i B se numete interfluviu. Punctul CA se gsetepeocurbnumitcumpnaapelor,careesteformatdintoate punctele de pe suprafaa liber (piezometric) cu cota mai ridicat faa de un niveldereferindat.ncazulncareexistaceastcumpnaapelor,ea delimiteazcurgereantreceledouprialefreaticului(1).Existena cumpenei apei se datoreaz alimentrii acviferului freatic din precipitaii sau din alte surse aflate la suprafaa solului. Pentru delimitarea acviferelor este necesar evaluarea zonelor decurgere semnificativ a apei, i exploatarea semnificativ a apelor subterane. Astfel, definirea acviferelor se poate face pe baza schemei dEugenio (2002) [70] din figura 1.8. n domeniul din figura 1.7. se pot delimita acviferele freatice (1 i 2), aflate ntre culcuul impermeabil i suprafaa liber i acviferul sub presiune (3) aflat ntre dou straturi impermeabile. Ru A Ru B Acvifer freatic Acvifer freatic Acvifer sub presiune CA Ru C 1a 1b2 3 MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 26 Existena cumpenei apei (CA) va impune mprirea freaticului (1) n dou domenii distincte (1a) i (1b). Direcia de curgere n cele dou acvifere vafidiferit,iarstudiulhidraulictrebuiefcutseparat.nacviferulfreatic (1a) curgerea se va face datorit diferenei de nivel ntre cumpna apelor CA icorpuldeapA,iarnfreaticul(1b)datoritdifereneidenivelntre cumpna apelor CA i corpul de ap B. AcviferulsubpresiuneestealimentatdinrulCialimenteazla rndulsurulA.Datoritstructuriigeologicedinzonntreacviferulsub presiune(3)iacviferulcusuprafaliber(2)existolegturhidraulic numit drenan. Stratul impermeabil dintre cele dou acvifere este ntrerupt sau mai permeabil dect n cea mai mare parte a sa.Direciadecurgere,ntreceledouacvifere,vadepindedesarcina hidraulic din fiecare corp de ap. Astfel, curgerea din acviferul sub presiune se va face datorit diferenei de nivel ntre corpurile de ap de suprafa C i A, iar nacviferulfreatic(2),datoritdifereneidenivelntrecorpuriledeapde suprafaCiB.Curgerea,prindrenan,sevafacedinspreacviferulcu sarcin hidraulic mare spre cel cu sarcin hidraulic mic. Fig. 1.8..Schema de definire a acviferelor, dEugenio (2002). Atuncicndserealizeazpompridinacvifercuajutorulpuurilor, regimuldecurgeredinzonvafimodificat.Astfel,sevormodificaatt nivelulnacviferulcusuprafaliberctidireciiledecurgere.ncazul acviferuluisubpresiunesevamodificapoziiasuprafeeipiezometricei direcia de curgere.Oricepomparedinacvifersaurealimentareaacviferuluivafi perceputcaopresiuneantropic,lacareestesupuscorpuldeap subteran.Captare de ap cu debit mediu >10m3/zi sau suficientpentrualimentareaa50de persoane. O captare din acest corp de ap poate genera oscderesemnificativacalitiiecologice acorpuluideapdesuprafasaua ecosistemului terestru dependente direct. ACVIFER Da Nu Nu e acvifer Nu Da Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 27 1.5. CLASIFICAREA ACVIFERELOR 1.5.1. Acviferul cu suprafa liber Numimpnzfreaticsauacviferfreaticzonasaturataflatntre suprafaa liber i stratul impermeabil de la baz. npnzafreaticapacirculsprezonadeizvorrecarecuprinde puncteledecotminimaletopografiei(izvoare,ruridinreeaua hidrografic de suprafa). n figura 1.9. sunt reprezentate liniile de curent i liniiledeegalsarcin(echipoteniale,curbeizopieze,curbepiezometrice, hidroizohipse) ale curgerii n acviferul cu suprafa liber. Fig. 1.9. Schematizarea unei pnze freatice de vale. Dacpermeabilitateaesteizotrop,liniiledecurentsuntortogonale laliniileechipoteniale.Excepiefacezonadinimediataapropierea regiunilor de izvorre i de alimentare. Panta suprafeei libere a freaticului indic sensul circulaiei n pnz. Apacirculpetoatgrosimeaacviferului,vitezelefiindmaimarila suprafadectlaadncime,ntructtraiectoriilesuntmaiscurtepentru aceeaidiferendesarcin.nmultecazuri,pantasuprafeeilibereeste mic,echipotenialelesuntpracticverticale,iarliniiledecurentaproape paralele cu suprafaa liber. 1.5.2. Pnza captiv sau acviferul sub presiune Un acvifer sub presiune (confinat) este limitat n partea inferioar i superioar prin formaiuni impermeabile. ntr-un pu care strbate un acvifer subpresiune,nivelulapeiseridicdeasuprastratuluiimpermeabilsuperior (coperi).MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 28 Fig. 1.10. Acvifer sub presiune. Nivelulapeidintr-unnumrinfinitdeastfeldepuurideobservaie reprezint o suprafa imaginar, numit suprafa piezometric.Un acvifer artezian este un acvifer sub presiune, pentru care nivelul suprafeeipiezometriceestedeasuprasuprafeeisolului.Unpupracticat ntr-un astfel de acvifer va permite curgerea, fr pompare, a apei n sus spre suprafaa solului. Douacviferepotcomunicantreele,peanumiteporiunidin suprafaalor,prinintermediulstraturilorsemiimpermeabilecareledespart. Astfel,potexistaacviferesubpresiune,alimentateprindrenandintr-un strat cu presiune mai mare. 1.5.3. Clasificarea acviferelor din punctul de vedere al condiiilorde margine Dinpunctuldevederealcondiiilordemargine,attacviferelecu suprafa liber ct i cele sub presiune se pot clasifica n urmtoarele tipuri: acvifereinfinite,lacarezonadealimentareseafllamaredistande puul de extracie, acviferesemiinfinite,lacareunadinzoneledealimentareseaflla maredistaniarnapropieredepuuldeextracieseaflolimit impermeabil sau o alt zon de alimentare, acviferetipband,lacarezoneledealimentaresaulimitele impermeabile se afl la mic distan de puul de extracie i sunt n general paralele, acvifere unghiulare, la care limitele amintite mai sus formeaz un unghi oarecare, cunoscut, Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 29 acviferenchisepecontur,lacarelimitadealimentaresaulimita impermeabilestereprezentatdeunconturnchis,binedeterminat, cunoscut. Caracterul conservativ sau neconservativ al micrii apelor subterane rezult din condiiile de alimentare a acviferului prin culcu sau coperi. Unacvifersenumeteconservativdacnuimodificcurgerean funciedecondiiilepefrontierelesuperioariinferioar.Deexemplu,un acvifersubpresiunecaresedesfoarntredoustraturiimpermeabilese poateconsideraconservativ.Dacelcomunic,prindrenan,cualte acviferedinzonsevanumineconservativ.Unacviferfreaticeste,de obicei,neconservativpentrucestealimentatdelasuprafaasoluluidin precipitaii. n lipsa precipitaiilor el se poate considera conservativ. 1.6. DETERMINAREA DIRECIEI DE CURGERE N ACVIFERE Hidroizohipselesuntliniicareunescpunctelecuaceeaicotale nivelului piezometric, fa de nivelul mrii. Hidroizobatelesuntliniicareunescpunctelecuaceeaiadncime ale nivelului piezometric fa de suprafaa topografic. Direciadecurgereaapelorsubteranedepindedesensulpantei hidraulice, de nclinarea patului impermeabil i de poziia zonei de maxim alimentare. Dintre metodele experimentale de determinare a direciei de curgere n acvifere amintim [57]: metoda marcrii cu colorani organici; metoda marcrii cu trasori chimici; metoda ionilor trasori; metoda trasorilor radioactivi; metoda trasorilor chimici electrolii. Metoda marcrii cu colorani organici. Pentru marcare se folosesc fluoresceina,fuxina,uraninasaufenolftaleina.Acestesubstanenusunt toxice pentru om, plantei animale. Cel maidesutilizat este fluoresceina, carenapealcalinedevineverzuieisepoatedetectavizual,chiarlao diluiede1:40milioane.Pentruodiluieimaimareaacesteiasepoate folosi lampa Wood, colorimetrul sau fluoroscopul. Ca trasori chimici se pot folosi diferite sruri, cumsunt clorura de sodiu, litiu, calciu, amoniu. Toate acesteasuntuorsolubile,darnecesitcantitimari,fiindabsorbitede MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 30 rociledinstrat.Attnprimulcaz,ctincelde-aldoilea,trasoriise introducntr-unulsaunmaimultepuurisauforajeiseurmresccnd aparnforajelenemarcate,pentruaputeapunenevidendireciade deplasare a curentului de ap. Metoda ionilor trasori. Substanele care se utilizeaz ca trasori sunt subformdesruricarenusegsesc,nmodnaturalnsol,cumarfi sulfatuldecupru(CuSO45H2O),sulfatuldezinc(ZnSO47H2O),sau sulfatul de nichel (NiSO47H2O). Ionii de cupru i de zinc se pun n eviden cuosoluiede0,001%deditizon(difeniltiocarbazon)nmediude cloroformsautetraclorurdecarbon.nprezenaionilordecupru,soluia verdenchisdeditizondevineviolet,iarnprezenaionilordezinc, culoareaseschimbnrou.Ionuldenichelsepunenevidencu dimetilglioxim. Metodatrasorilorradioactiviareavantajulcsepotface identificrichiarlacantitifoartemici,deordinula10-9g.Sefolosescn acestsensizotopiidebrom82,cadmiu15,iod131,seleniu75,argint110, iar detectarea se poate face cu contorul Geyger-Muller. Metodatrasorilorchimicielectroliiestefolositcndndirecia decurgereaapelorsubteranesegsescforajecucoloanemetalice.Este necesar s dispunem de o baterie, un ampermetru i o rezisten. De un pol alpileiseleagdoufire,unulcaremergelaforajulcunivelridicat,iar cellaltlaorezistencareseintroducenpuulcucotmaimic.ntreal doilea pol i forajul cu nivel mai cobort se leag un ampermetru. n primul foraj (P1) se pune un electrolit care se va deplasa odat cu masa de ap spre cel de al doilea foraj (P2). Determinareadirecieidecurgeredinacvifercuajutorul hrilorcuhidroizohipse.Acesteaserealizeazpebazamsurtorilorde nivelpiezometricnforajeledeobservaieexistentenreeaua hidrogeologicdebaz.Hidroizohipselesetraseazfieprincalculesimple (aproximative),fiecuajutorulunorprogramedecalcul(Modflow, HPP_GMS), care integreaz ecuaia de difuzivitate a acviferului ncondiii deunicitatespecificezoneianalizate(condiiiiniialeicondiiipe frontier).Indiferentdemetodafolositsuntnecesaremsurtoridenivel piezometric n forajele din zon. Metodaaproximativdetrasareahidroizohipselorconstn interpolarealiniaravalorilornivelurilordinforajelecelemaiapropiate. DacseconsiderforajeleF1,F2,F3,F4,pentrucaresecunosccotele suprafeeilibere,(H)fadeunniveldereferin,(fig.1.11),prin interpolarerezultpoziiapunctuluiP1fadeforajulF1.L1reprezint poziiapunctuluiP1pedreaptaF1F3.DacdistaneiorizontaleLdintre forajeleF1iF3icorespundeodenivelareasuprafeeiliberede20m, Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 31 atunci unei denivelri de 10 m i va corespunde o distan L1, calculat prin interpolareliniar.SeprocedeazanalogntreforajeleF2iF3,rezultnd poziiapunctuluiP2intreforajeleF2iF4,obinndpunctulP3.n exempluldinfigura1.11sepoatetrasahidroizohipsaH=90.Aceastava trece prin punctele P1, P2, P3. Direciadecurgeresedeterminducndliniiledecurentcaresunt perpendicularepehidroizohipse.Familialiniilorechipoteniale (hidroizohisele),mpreuncufamilialiniilordecurentformeazspectrul hidrodinamic al curgerii n zona studiat. El st la baza calculelor hidraulice n acvifer. Astfel, se poate calcula panta hidraulic, viteza n orice punct din domeniu,debitulprintr-osuprafanormalladireciadecurgere,volumul de ap disponibil. Fig. 1.11. Interpolarea liniar a valorilor nivelurilor din forajele cele mai apropiate. 1.7. MANAGEMENTUL APELOR SUBTERANESepoateconsideracapelesubteraneconstituieunsistemcare ndeplinete diferite funcii specifice i care poate fi exploatat astfel nct s fie realizate anumite obiective. Managementulsistemuluiapelorsubteraneconstnluareaunor decizii de modificare a strii actuale a sistemului, n vederea realizrii unor scopuri i obiective. Managementul include selecia celor mai bune seturi de decizii care s duc la realizarea unuia sau a mai multor obiective, simultan. Funciascalaravariabilelordeciziicaremsoareficiena diferitelor soluii alternative de management, este numit funcie obiectiv. L1 L F1 (H=100) F3(H=80) F2 (H=120) F4(H=70) P1(H=90) P2(H=90) P3(H=90) MONITORIZAREA APELOR SUBTERANE I REMEDIEREA ACVIFERELOR 32 Managementulunuiacvifernseamndeterminareavalorilor numerice ale unor variabile decizii, prin maximizarea sau minimizarea unor funcii obiectiv, innd seama de anumite constrngeri. Exemple de variabile de stare: nivelul apei; concentraia soluiei; denivelarea terenului; intruziunea apei mrii. Exemple de variabile de decizie: distribuia spaial i temporal a pompajului; distribuia spaial i temporal a ncrcrii artificiale; nivelul apei n rurile sau lacurile aflate n contact cu acviferul; calitatea apei ce urmeaz a fi folosit pentru ncrcarea artificial; calitatea apei pompate; capacitateanoilorinstalaiidepomparesaudeinjecie(ncrcare artificial), localizarea lor i planificarea n timp a construciei lor; localizareapuurilorfolositepentruoperaiilededepoluarea acviferului. Exemple de funcii obiectiv: beneficiiletotalenete,rezultatedinaciuneaasuprasistemuluiacvifer, ntr-o anumit perioad de timp. Se dorete maximizarea acestei funcii; costuloperaiilordedepoluareaacviferului.Sedoreteminimizarea costului; costulunitiidevolumdeapfurnizatlaconsumator.Sedorete minimizarea acestei funcii; consumul total de energie (se minimizeaz); sumavalorilorabsolute,alediferenelorntrenivelulapeidoriticel actual (sau suma ptratelor diferenelor) (se minimizeaz). Exemple de constrngeri hidrologice: nivelul apei s nu depeasc un anumit nivel maxim; nivelul apei s nu scad sub un anumit nivel limit, admisibil; debitul unui izvor s nu scad sub o valoare minim admis; scurgereadebazdintr-unru,alimentatdinacvifer,snuscadsub un minim admisibil; concentraiaunoranumitespeciinsoluie,napapompat,snu depeasc valorile specifice admisibile; pompajul total trebuie s satisfac cererea de ap dintr-o anumit zon; debituldepompare(saudencrcareartificial)nutrebuies depeasc capacitatea instalat admisibil a puului; perioadadetimpncareapainjectatrmnenacvifernaintedeafi pompat trebuie s depeasc o valoare minim; Definiii privind caracterizarea curgerii n sol i n acvifere 33 lungimeadistaneideptrundere,aapeimriinacvifernutrebuies depeasc o valoare dat. Prognozarearspunsuluisistemuluiacviferesteoparteintrinseca managementuluioptim.Trebuiecunoscutevalorileviitoarealevariabilelor destarecaracteristiceunuiacvifer,carezultatalimplementriiunuisetde decizii propus, astfel nct s respecte constrngerile hidrologice specifice i s fie minimizate (maximizate) funciile obiectiv.