FACTORI DETERMINANTI AI CALITATII APELOR DE SUPRAFATA

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).

· 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 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.

· 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.

· 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.

· 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 ape 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 / litru 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.

· Influente indirecte

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, metalelor 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.

4. Efectele modificarii antropice a raurilor si lacurilor

· Probleme generate de 'amenajarea' raurilor

Vechea paradigma 'omul contra naturii' a lasat urme teribile pe rauri, pe care societatea umana a depus eforturi deosebite sa le imblanzeasca. Desi s-a dovedit profund daunatoare, iesim cu greu din bratele acestei conceptii. Oamenii de stiinta nu au prea stiut sau nu s-au straduit nici ei foarte tare sa transmita concluziile lor catre cei ce iau decizii, lasand impresia ca mult timp s-a facut stiinta pentru stiinta. In trecut de rauri s-au ocupat mai ales inginerii si nu geomorfologii. Neintelegand evolutia naturala si dinamica unui rau, inginerii l-au considerat sau au incercat sa il forteze sa devina un element static, previzibil si comandabil, cu debit cu oscilatii reduse si mai ales cu albie constanta, lucru comod pentru cadastru, fond funciar, infrastructuri etc. dar contrar naturii. Astfel s-au facut masive lucrari antierozive si antiinundatii si totusi problemele persista, ceea ce e firesc, deoarece au fost vizate efectele si nu cauzele. 'Amenajand' cursuri de apa, omul a neglijat faptul ca orice modificare a starii naturale are si efecte negative si ca ar trebui studii de impact foarte atente. Astfel, la majoritatea raurilor mari din Europa si alte continente s-au facut in trecut masive amenajari pentru navigatie, limitarea inundatiilor, castigul de teren agricol etc. Astazi se constata ca multe amenajari trebuie demolate, cu toate reticentele ce se mai manifesta. Pentru ca masivele amenajari hidrotehnice au o multitudine de efecte nedorite:

Taierea meandrelor. Una din cele mai frecvente masuri a fost taierea meandrelor. Acest fapt insa duce la cresterea vitezei de curgere, care mareste eroziunea, ceea ce atrage latirea sau / si adancirea albiei. Prin aceasta omul pierde mai mult teren agricol decat a castigat prin taierea meandrelor sau e fortat sa indiguiasca raul.

Indiguirile raurilor. Indiguirea pare sa rezolve problema inundatiilor si eroziunii prin rauri. Dar ea ar trebui folosita cu masura, numai in locuri esentiale (localitati, infrastructuri importante) si pastrate zone inundabile pentru apele mari, deoarece indiguirile creaza probleme mult, printre care distrugerea zonelor umede si afectarea vietii acvatice, scaderea capacitatii de autoepurare etc. Viteza crescuta de curgere face ca mediul sa nu mai fie favorabil multor specii acvatice. Dispare si efectul lor filtrant, ceea ce afecteaza calitatea apei. Viteza crescuta de curgere nu e favorabila sedimentarii, ceea ce reduce si ea calitatea apei. Eroziunea nu dispare ci se muta la fundul albiei, ceea ce submineaza malurile sau adancind raul coboara nivelul freatic ceea ce afecteaza vegetatia si seaca fantanile, iar apararea antiinundatii prin diguri inseamna de fapt mutarea problemei spre aval unde raul nu e indiguit sau unde digul va fi mai slab si va ceda etc. Ba mai mult, odata apa trecuta peste diguri, la scaderea nivelului apei din cursul principal al raului nu se mai poate retrage de pe zona inundata, obtinandu-e astfel o mare prelungire a perioadei de inundatie, deci efect contrar celui scontat prin indiguire. Mari fluvii sunt astazi indiguite pe portiuni mari: Nilul pe peste 1000 km, HuangHo-ul pe peste 700 km, Raul Rosu din Vietnam pe peste 1400 km iar in bazinul Mississippi peste 4500 km! Din punct vedere ecologic nu sunt deloc niste rauri fericite!

Betonarea albiilor. Betonarea albiilor raurilor este cea mai daunatoare masura din toate. Ea insemna distrugere peisagistica si distrugere biologica, dar si afectarea calitatii apei si a capacitatii de a rezista poluarii, prin diminuarea grava a capacitatii de autoepurare. Daca nici mecanic nu se asigura o albie cu curs variat, ci una uniforma, si asta pe portiuni lungi, raul este condamnat si devine doar un canal de scurgere a unui fluid pe care nu mai merita sa il numim cu adevarat apa. Alternative la betonare exista destule, de exemplu custi cu pietre, blocuri de piatra sau fascine de lemn in exteriorul localitatilor In plus, impermeabilizarea malului impiedica o comunicare cu apele subterane din vecinatate si astfel se ajunge fie la o saracire a acestora in debit s chiar o coborare a nivelului freatic (cu grave consecinte asupra vegetatiei) fie, la irigare sau precipitatii abundente - la o cresterii a nivelului freatic si chiar inmlastinire a zonelor invecinate din cauza drenarii insuficiente.

Latirea si nivelarea albiilor minore. Pentru a putea prelua debite de inundatie, multe albii minore au fost latite dar si fundul a fost nivelat. Acest fapt face ca la debite mici si viteza de curgere sa fie foarte redusa, adancimea la fel, sa creasca temperatura raului si astfel sa scada concentratia de oxigen, sa se depuna tot sedimentul din suspensii si albia sa nu mai aiba variatia necesara pentru viata din rau etc. Corect este sa amenajezi o mini-albie pentru ape mici, cu coturi, bulboane si repezisuri, cu variatii de viteza, cu pietre si stanci care sa dea directionarile necesare etc.

Praguri artificiale. Pe multe rauri s-au construit praguri de beton pentru a scadea panta (deci viteza si puterea eroziva) si a crea bulboane si o mai buna oxigenare. Dar pragul de beton nu e cea mai ecologica solutie, putandu-se face mai bine gramezi de bolovani sau stanci in albie.

'Igienizarea' si dragarea albiilor minore. Inca mai intalnim ideea de 'igienizare' a albiilor in sensul indepartarii vegetatiei, arborilor si altor 'obstacole', prin taiere sau chiar dragare a albiei chiar fara necesitati reale pentru navigatie sau pentru indepartarea obstacolelor mari si a mari debitul prealabil in albie la inundatii, ci pentru a 'imbunatati' curgerea si 'estetica' raului, mai ales cand in vegetatie sa agata gunoaie sau plante moarte duse de ape si edilii considera ca cea mai comoda solutie e o albie care sa asigure ca totul e 'carat la vale' de rau si 'mizeria' nu se opreste pe acea sectiune. Aceasta practica este daunatoare si dovedeste neintelegerea raului ca un ecosistem. 'Obstacolele' din albie sunt foarte importante pentru viata acvatica. Bolovanii, stancile etc. modifica regimul de curgere, fac zone de repezis si de contracurent, bulboane etc. dar si mai importante sunt arborii din albie, radacinile, plantele acvatice. Ele modifica si mai complex curgerea, si cu efecte micro, deoarece forma si densitatea diferita a platelor de apa, individuale sau in grupuri / bancuri, determina regimuri si viteze specifice de curgere si microcurgere, ce pot fi calculate daca stim specia (Unele plante cresc turbulenta curgerii, altele dimpotriva). in plus suprafetele plantelor sunt foarte diferite ca rugozitate, material etc. Cum fiecare vietuitoare acvatica are un anumit regim de curgere care ii prieste, si eventual un anumit tip de suprafata optima pentru a se atasa, numai plantele acvatice in cantitate si diversitate suficienta pot oferi habitatul optim pentru o larga biodiversitate in rau, incepand cu planctonul si mergand pana la specii de pesti de mari dimensiuni. Sub trunchiuri si in bancuri de plante gaseste fauna refugiu si supravietuieste la ape mari si de acolo recolonizeaza raul.

Aductiunile interbazinale. Oamenii eu elaborat si planuri hidrotehnice care chiar daca tehnic si economic ar putea fi realizate sunt de-a dreptul iresponsabile ca potentiale consecinte climatice si ecologice. Astfel, s-a proiectat bararea stramtorii Gibraltar si transformarea Mediteranei intr-un lac inchis, care sa fie alimentat din raul Zair, care sa fie adus prin Sahara din centrul pana in nordul Africii (Proiectul 'Atlanteuropa'). Alt proiect viza devierea raurilor din nordul Canadei si Alaskai spre sud pana in bazinul lui MIssissippi si Colorado! Si era cat pe ce ca URSS sa demareze in practica proiectul de deviere a marilor fluvii siberiene Obi si Irtas spre sud, spre Marea Aral. Alte proiecte vizau legarea Mediteranei de Marea Moarta, inundarea depresiunii El Quattra, devierea fluviului Zair spre lacul Ciad etc.

Bararea raurilor: Lacuri de acumulare. Construirea de baraje pe rauri are si numeroase efecte negative, detaliate in urmatorul subcapitol.

· Probleme generate de acumularile artificiale

Lacurile de acumulare au roluri multiple si sunt percepute ca un element valoros pentru societate. Majoritatea oamenilor insa nu acorda destula atentie si aspectelor negative.

Stratificatia. Lacurile adanci afecteaza negativ calitatea apei. Apare fenomenul de stratificatie: Apa din stratul superior se incalzeste si fiind mai usoara sta la suprafata. Lumina favorizeaza dezvoltarea algelor care produc oxigen, iar vantul produce curenti care asigura amestecul apei din stratul superficial si deci o buna distribuire a oxigenului dizolvat. In straturile profunde, fara curenti verticali, nu exista aport de oxigen, iar in lipsa luminii nici nu se produce. In schimb ajung din straturile superficiale ale lacului substante organice ('ploaia biologica') ce coboara lent, in ore sau zile, spre fundul lacului. Viata in aceste straturi adanci este redusa la forme simple cu metabolism anaerob, ceea ce la randul ei duce la reducerea calitatii apei. Astfel lacurile adanci se stratifica, putand distinge stratul superficial (epilimnion) si unul profund (hypolimnion) intre care se gaseste asa-zisul metalimnion numit si termoclina.

Acest fenomen nu este foarte grav in zona temperata, deoarece apare fenomenul de 'turnover' bazat pe variatia sezoniera de temperatura si pe faptul ca apa are cea mai mare densitate la 4⁰C, atat cea mai rece cat si cea mai calda fiind mai usoare. Daca lacul ingheata iarna la suprafata, turnoverul se produce de doua ori pe an iar lacul se numeste dimictic. Daca nu apare inghet la suprafata, amestecul e o data pe an si lacul e numit monomictic. Lacurile putin adanci pot fi polimictice, iar cele adanci din zona tropicala sunt amictice, adica nu se produce amestec. Distingem si lacuri mecromictice, adica cu amestec vertical incomplet.

Mecanismul de turnover este urmatorul: Apa din epilimnion se raceste toamna treptat si cand ajunge sa aiba densitate mai mare ca cea din hipolimnion se lasa spre fund si deci apa se amesteca.

Daca lacul ingheata, apa de la fund se mentine la 4⁰C si nu ingheata, iar stratul superficial e mai rece, sub stratul de gheata. Primavara, daca lacul a fost inghetat, dupa topirea ghetii stratul superficial se incalzeste si atinge nivelul de densitate maxima, ceea ce produce lasarea spre fund si deci o a doua amestecare.

Aparent un lac care ingheata, prin cele doua turnoveruri, ar fi mai favorabil vietii. In realitate stratul de gheata are si efecte negative, reducand sau anuland aerarea si cantitatea de lumina solara ce patrunde in lac deci implicit productia de oxigen prin fotosinteza, incat exista riscul de aparitie a conditiilor anoxice si reducatoare.

In lacurile adanci tropicale, unde stratificatia e neta si continua, nu se produce turnover. Acolo apa de fund e anoxica, incarcata de produsi toxici cum e hidrogenul sulfurat, saruri de mangan si fier si alte substante ce modifica negativ culoarea, gustul si mirosul apei. De exemplu marile lacuri din riftul african (Tanganyka, Malawi etc.) sunt lacuri anoxice si cea mai mare parte a apei nu are o calitate buna.

In cazul lacurilor de acumulare artificiale, din aceleasi motive, adancimea ridicata este un dezavantaj, din cauza acestui fenomen de stratificatie ce afecteaza negativ calitatea apei. Prin urmare lacurile prea adanci nu sunt de dorit. La acumulari se poate combate stratificatia, de exemplu prin amplasarea de prize de apa la inaltimi diferite in baraj, astfel ca prizand de la diferite nivele se produce amestec si nu iese apa neoxigenata de fund de lac cum adesea se intampla acum cand la multe baraje se uzineaza si restituie in rau aval de baraj apa prizata la fund si deci cu calitate mai redusa.

Variatii de debit Teoretic lacurile de acumulare ar trebui sa atenueze viiturile si sa asigure un debit mai constant pe rauri, in aval. In practica insa, rolul principal este hidroenergetic si, la lacurile situate pe rauri cu debit mic, uzinarea este numai in perioade scurte, de varf de consum, in rest curgand pe rau aval doar un minimal debit de servitute (in cazul bun!). Astfel au loc mari fluctuati de debit pe rau, de la un debit minimal in perioadele de nefunctionare a hidrocentralei la debite mari si foarte mari in timpul uzinarii apei la capacitate maxima. Aceste extreme oscilatii au efecte negative asupra raului, in special asupra vietii acvatice.

Eroziunea in aval. Lacurile de acumulare retin cea mai mare parte a sedimentelor din ape. In aval de baraj, raul erodeaza albia dar, nevenind din amonte alt sediment care sa 'umple' ce se erodeaza, se produce adancirea albiei, erodarea malurilor si multe alte consecinte nedorite. Fenomenul e amplificat daca uzinarea apei din lacul de acumulare se face in salturi, cu cresteri bruste de debit analoge viiturilor. Eroziunea albiei in aval duce la eroziune regresiva pe afluenti in sus iar coborarea nivelului apei din rau duce la coborarea nivelului freatic din zona, cu consecinte grave pe mari suprafete.

Colmatare albiei in aval. Efectul barajelor in aval poate fi si invers: Daca aval de baraj vin afluenti care aduc mari cantitati de aluviuni dar raul principal nu mai asigura debit de transport spre aval al acelor aluviuni, acestea se depun, colmateaza albia si ii inalta fundul, ajungandu-se la inundatii grave si alte consecinte.

Depletia in nutrienti a zonelor din aval. Se stie din vechiul Egipt ca fertilitatea solului era data de malul adus anual de revarsarea Nilului. Odata cu ridicarea barajului de la Assuan aportul de sediment bogat in nutrienti a scazut dramatic, ceea ce obliga la folosirea de ingrasaminte artificiale, cu toate consecintele ce decurg de aici. In plus, delta Nilului se erodeaza iar cantitatea de nutrienti a scazut semnificativ in apele Mediteranei de sud-est, cu consecinte asupra faunei piscicole. In SUA, raul Colorado ducea in ocean intre 125 si 150 de milioane de tone de sedimente anual. Dupa 1930 barajele au facut treptat ca el sa nu mai duca in ocean nici sediment nici apa!

Saraturarea solului Un lac artificial are oglinda mai sus decat alte ape naturale din zona, adesea aproape de sau deasupra nivelului unor terenuri vecine. Prin presiunea hidrostatica apa se infiltreaza din el in maluri, dizolva saruri si le impinge spre solul terenurilor vecine, contribuind major la saraturare, alaturi de cea prin irigatiile care frecvent se bazeaza la randul lor tot pe lacurile artificiale.

Modificarea nivelului freatic Un lac artificial are oglinda mai sus decat alte ape naturale din zona, ceea ce prin principiile hidrostatice determina ridicarea panzei freatice din regiune, ceea ce produce inmlastinire sau saraturare, afectarea vegetatiei, sigurantei constructiilor etc.

Scufundarea solului Prin imensa presiune hidrostatica pe de o parte si prin ridicarea nivelului freatic si excavarea de goluri subterane de catre infiltratiile din lacuri etc. se pot produce tasari si scufundari ale solului din zona.

Cutremure Tot imensa presiune hidrostatica si fortele mari de tractiune ale barajului asupra zonei de ancorare poate favoriza sau chiar genera in unele zone geologic instabile adevarate cutremure.

Alunecari de teren Alunecari de teren pot fi generate sau favorizate de lacurile de acumulare prin infiltratia apelor si prin presiunea puternica asupra versantilor si formatiunilor geologice din zona.

Modificarea faunei si florei. Aparitia unui lac modifica profund flora si fauna zonei. In primul rand cea specifica raului e inlocuita de cea specifica unui lac. Oglinda de apa intinsa si volumul de apa mare atrage pasari de apa si o populatie mai mare de pesti, dar adesea diversitatea e mai redusa si daca e un lac adanc apare zona hipolimnica cu putina viata. Se modifica si lumea insectelor, dar si vegetatia de pe maluri. Efectele se simt si la distanta prin modificarea microclimatului. Barajele impiedica migratia pestilor (dar se pot face unele amenajari speciale).

Modificarea microclimatului Aparitia unui mare lac de acumulare inseamna o crestere a umiditatii atmosferice locale si zonale, a nebulozitatii, un efect de atenuare a oscilatiilor de temperatura dintre zi si noapte si intersezoniere etc.

· Acumulari subterane - o alternativa?

Dezavantajele marilor baraje au facut ca oamenii sa se gandeasca la realizarea de acumulari artificiale subterane de apa. La randul lor acestea au insa dezavantaje. O situatie comparativa se prezinta astfel:

· Siguranta lucrarilor de amenajare a raurilor si lacurilor

O mare parte din lucrarile hidrotehnice au rol de a preveni inundatiile. Pe de alta parte pot fi ele insele cauza de inundatie in caz de accidente la asemenea lucrari hidrotehnice, cum sunt ruperi de diguri sau baraje. Actiunea in situatii de inundatii sau accident hidrotehnic este o importanta activitate de aparare civila dar totodata si de management al apei. In Romania, activitatea este reglementata de Legea Apelor (reprodusa in extras in fasciculul 9 din prezenta serie de brosuri) si in mod specific in Regulamentul de aparare impotriva inundatiilor, fenomenelor meteorologice periculoase si accidentelor la constructiile hidrotehnice, aprobat prin Hotararea Guvernului nr. 638 din 5 august 1999, publicata in Monitorul Oficial al Romaniei nr. 385 din 13 august 1999.