Ciclul și Bilanțul Hidrologic

1.1. Introducere

Problema disponibilităţii şi accesului la apă este una din problemele majore pe care umanitatea va trebui să le înfrunte în anii care urmează. Astăzi, se estimează că un locuitor al planetei din cinci nu are acces la apă în cantitate suficientă şi unul din trei are o apă de calitate. Aşa cum se arăta în Declaraţia de la Dublin, 1992 (Conferinţa Internaţională asupra apei şi a Mediului, care a avut loc în pregătirea summitului asupra Pămîntului de la Rio de Janeiro): "măsura cantitativă şi calitativă a elementelor ciclului hidrologic şi măsura celorlalte caracteristici ale mediului care au influenţă asupra apei constituie o bază esenţială pentru o gestionare eficace a apei".

1.2. Apa. Generalităţi

Apa este sursa principala şi originară a intregii vieţi. Ea se prezintă în natură în trei stări:

- Solidă: zăpadă şi gheaţă.

- Lichidă: apă chimic pură sau încărcată cu substanţe dizolvate.

- Gazoasă: cu diferite grade de presiune şi de saturaţie.

Schimbarea de apă a apei depinde în mod esenţial de temperatură şi presiune, dar şi de gradul de poluare a atmosferei.

Apa se găseşte în cele trei forme în atmosfera terestră. Pe pământ apele sunt într-o circulaţie constantă şi suportă schimbări de stare. Importanţa acestor schimbări face ca apa să fie principalul agent de transport al elementelor fizice, chimice şi biologice. Ansamblul proceselor de transformare si de transfer al apei formează ciclul hidrologic.

Mecanismele mişcării apei în natură sunt determinate de energia solară, gravitaţie, atracţia solară, atracţia lunară, presiunea atmosferică, forţele intermoleculare, reacţiile chimice, nucleare şi activităţile biologice şi, în fine, activităţile umane. Energia termică a soarelui produce circulaţia aerului în atmosferă, deoarece suprafaţa terestră este încălzită în mod inegal. Forţa gravitţiei este responsabilă de fenomenele de precipitaţii, de şiroire, de infiltraţie şi de curenţii de convecţie. Atracţia solară şi lunară sunt la originea mareelor şi a curenţilor marini. Diferenţele de presiune atmosferică favorizează deplasările orizontale ale maselor de aer. Vânturile sunt ele însele responsabible de mişcarea stratelor superficiale ale lacurilor şi oceanelor. Forţele intermoleculare din sol provoacă fenomenele capilare şi de asemenea vâscozitatea şi, deci, influenţează viteza de curgere. Apa este una dintre componenetele celor mai multe reacţii chimice organice sau inorganice. Un alt tip de transformare a apei este reprezentat de procesele fiziologice care se produc în organismele animale. Şi, în final, omul intervine direct asupra proceselor de mişcare şi transformare a apei. Acţiunile sale pot conduce la o mai buna gestiune a celei mai preţioase resurse naturale, dar ele pot, de asemenea, creea numeroase probleme, în primul rând perturbând ciclul hidrologic, atât la nivel cantitativ, cât şi calitativ.

1.3. Definiţia şi componentele ciclului hidrologic

1.3.1 Definiţie

Ciclul hidrologic este un concept care înglobează fenomenele de mişcare şi de reînnoire a apei la suprafaţa Pământului. Această definiţie implică faptul că mecanismele care guvernează ciclul hidrologic nu intervin numai unul după celălalt, ci sunt de asemenea concomitente. Aşadar, ciclul hidrologic nu are nici început, nici sfârşit.

Sub efectul razelor solare, apa se evaporă din sol, de la suprafaţa oceanelor şi de pe alte suprafeţe de apă, intrând în atmosferă. Ridicarea unei mase de aer umed permite răcirea generală necesară pentru a aduce vaporii la saturaţie şi pentru a provoca condensarea vaporilor sub formă de picături care formează norii, în prezenţa nucleelor de condensare. Apoi, vaporii de apă transportaţi şi temporar înmagazinaţi în nori sunt restituiţi prin intermediul precipitaţiilor oceanelor şi continentelor. O parte din ploaia care cade poate fi interceptată de către vegetaţie şi apoi parţial restituită sub formă de vapori atmosferei. Ploaia neinterceptată atinge solul. În funcţie de condiţiile date, ea poate să atunci să se evapore direct de la suprafaţa solului, să curgă la suprafaţă până la un curs de apă (curgere de suprafaţă) sau să se infiltreze în sol. De asemenea, putem întâlni inmagazinarea temporară a apei infiltrate sub formă de umiditate în sol, care poate fi utilizată de plante. Poate avea loc percolarea spre zonele mai adânci, contribuind astfel la reînnoirea rezervelor din pânzele subterane. O curgere pornind de la acestea din urmă poate atinge din nou suprafaţa la nivelul izvoarelor sau a cursurilor de apă. Evaporarea pornind de la sol, cursuri de apă şi transpiraţia plantelor completează ciclul.

Ciclul apei este deci subiect al unor procese complexe şi variate, dintre care fac parte precipitaţiile, evaporarea, transpiraţia (vegetaţiei), intercepţia, şiroirea, infiltraţia, percolaţia, înmagazinarea şi curgerile subterane, care constituie principalele capitole ale hidrologiei. Aceste mecanisme diverse sunt posibile datorită elementului motor care este soarele, organul vital al ciclului hidrologic.

1.3.2. Precipitaţiile

Sunt denumite precipitaţii toate apele meteorice care cad la suprafaţa Pământului, atât sub formă lichidă (burniţă, ploaie, averse), cât şi sub formă solidă (zăpadă, grindină, măzăriche) şi precipitţiile depuse sau oculte (rouă, brumă, chiciură) Ele sunt provocate de o schimbare de temperatură sau de presiune. Vaporii de apă din atmosferă se transformă în lichid atunci când ating punctul de rouă prin răcire sau creştere de presiune. Pentru a se produce condensarea este, de asemenea, nevoie de prezenţa unor nuclee microscopice în jurul cărora se formează picături de apă condensată. Sursa acestor nuclee poate fi oceanică (cloruri, în special NaCl produs prin evaporarea apei de mare), continentală (pulberi, fum şi alte particule antrenate de către curenţii de aer ascendenţi) sau cosmică (pulberi meteorice). Declanşarea precipitaţiilor este favorizată de coalescenţa picăturilor de apă. Creşterea masei lor le conferă o forţă de gravitaţie suficient de mare pentru a învinge curenţii ascendenţi şi turbulenţele de aer, ajungând astfel la sol. În final, parcursul picăturilor de apă sau al fulgilor de zăpadă trebuie să fie cât mai scurt pentru a evita evaporarea totală amasei. Precipitaţiile sunt exprimate în intensitate (mm/h) sau în lama de apă precipitată (mm) (raportul dintre cantitatea de apă precipitată uniform repartizată la o suprafaţă).