57910892-Saiar-Curs

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

FACULTATEA DE INGINERIE IN ELECTROMECANICA, MEDIU SI INFORMATICA INDUSTRIALA

CATEDRA DE MASINI ELECTRICE SI INGINERIA MEDIULUI

SURSE DE AP I INGINERIA APELOR REZIDUALE

(INGINERIA APELOR) -Note de curs-

s.l. dr. ing. Gabriela Dana PETROPOL SERB

2010

Surse de ap i ingineria apelor reziduale (Ingineria apelor) Note de curs. Gabriela Dana Petropol Serb

[2010]

CUPRINS

I. SURSE DE AP

1. Surse de ap. Generaliti. 1

1.1. Apa surs natural 1

1.2.Dinamica apelor. 5

1.2.1. Msurarea vitezei apei rurilor 5

1.2.2. Determinarea debitului de ap 9

1.2.3. Studiu de caz: Determinarea debitului unui ru prin metoda

chimic

11

1.3. Circuitul hidrologic 13

1.3.1. Definiia i componentele circuitului hidrologic 13

1. 3. 2. Ecuaiile bilantului hidrologic 15

2. Economia apelor 16

2.1. Apa resurs natural sau economic? 16

2.2. Apa resurs economic 18

2.3. Cantitatea i calitatea apei necesar pentru diverse folosine 20

2.3.1. Normele consumului de ap 20

2.3.2. Normele consumului de ap pentru alimentarea cu ap a

centrelor populate

20

3. Apa i proprietile ei generale 25

3.1. Structura molecular a apei 25


[2010]

3.2. Proprietile fizice ale apei 27

3.3. Proprietile organoleptice ale apei 34

3.4. Proprietile chimice ale apei 34

3.5. Coninutul apei n natur 40

4 Poluarea apelor A. Poluarea apelor de suprafa

42

4.1. Definiie. Surse de poluare 42

4.2. Tipologia polurii apelor 43

4.3 Autoepurarea apelor de suprafa 49

4.4. Managementul apelor de suprafa 51

4.4.1 Msuri de protecie i refacere a calitii apelor de suprafa 51

4.4.2 Monitorizarea calitii apelor de suprafa 51

4.4.3. Sisteme Informatice de Supraveghere a Mediului 52

4.5. Aplicaii de curs 60

A.1. Determinarea coninutului de nitrii, nitrai i amoniu al probelor de ap

60

A.2. Determinarea coninutului de fosfai al probelor de ap 62

A.3. Determinarea coninutului de fier al probelor de ap 64

B. Poluarea apelor subterane 65

4.6. Generaliti 65

4.7. Tipologia polurii apelor subterane 65

4.8. Surse de poluare a apelor subterane 69

4.9. Dezvoltarea legisliei UE referitoare la apele subterane 71

4.10. Modelarea polurii apelor subterane 75

4.10.1. Dispersia poluantilor. 76

4.10.2. Relaiile apei subterane cu matricea mineral 78

4.10.3. Relaiile apei subterane cu fluidele nemiscibile 78


[2010]

II. INGINERIA APELOR REZIDUALE

5. Controlul substanelor poluante din ape 81

5.1. Metodele spectrale de analiz 81

5.2. Metodele electrochimice 85

5.3. Metodele cromatografice 86

6. Elemente de mecanica fluidelor 90

6.1 Noiuni de statica fluidelor 90

6.2. Noiuni de dinamica fluidelor 97

7. Proiectarea proceselor de tratare a apelor reziduale industriale 100

7.1. Probleme privind proiectarea proceselor de tratare a apelor industriale

100

7.1.1. Studiul de prefezabilitate 100

7.1.2. Studiul de fezabilitate 100

7.2. Scheme clasice de epurare a apelor reziduale industriale 101

7.2.1. Aplicaie de curs 103

7.3. Alegerea schemei de epurare a apelor reziduale industriale. Calculul gradului de epurare necesar

105

7.3.1. Calculul gradului de epurare necesar din punct de vedere al suspensiilor pentru dimensionarea staiilor de epurare

105

7.3.2. Calculul gradului de epurare necesar din punct de vedere al CBO5 pentru dimensionarea staiilor de epurare

108

7.3.3 Calculul gradului de epurare necesar din punct de vedere al O2 109

8 Procese unitare de tratare fizico chimic a apelor reziduale industriale 112

8.1.Egalizarea apelor reziduale, uniformizarea debitelor i a compoziiei apelor industriale

112

8.2. Procese unitare fizice de tratare a apelor reziduale industriale 114

8.2.1. Separarea gravitaional 114

8.2.1.1 Clasificarea suspensiilor sedimentabile 114

8.2.1.2. Calculul vitezei de sedimentare 115

8.2.1.3. Viteza de sedimentare n suspensii concentrate 118

8.2.1.4. Determinarea vitezei de sedimentare a particulelor 120


[2010]

8.3. Separarea particulelor prin decantare 120

8.4. Echipamente folosite la separarea particulelor grosiere 126

9. Flotaia 131

10 Procese chimice 137

11 Filtrarea prin membrane 145

11.1.Membrane i procese de membran 145

11.2. Procesele de membran i fora motrice necesar 148

12 Osmoza. Aspecte teoretice si practice

150

12.1. Osmoza fenomen termodinamic 150

12.2. Osmoza procedeu tehnologic 155

12.2.1. Osmoza invers 155

12.2.2. Echipamentele cu proces de osmoz invers 156

12.2.3. Configuraia membranelor 157

12.2.4. Schema de principiu a unei instalaii de potabilizare a apei

de mare pe baza osmozei inverse 158

12.3. Firme specializate n producerea i comecializarea echipamentelor pe baz de osmoz invers

159

13 Epurarea biologic 164

13.1. Generaliti 164

13.2. Procese de transformare bacterian 165

13. 3. Etapele epurrii biologice 166

13.4. Bazine de epurare biologic 168

Surse de ap i ingineria apelor reziduale (Ingineria apelor) Note de curs.

Gabriela Dana Petropol Serb

1

[2010]

I. SURSE DE AP

1. Surse de ap. Generaliti.

1.1. Apa surs natural Ce este mai natural dect o cdere de ap pe pietre, dect un lac linitit ntr-o

depresiune sau dect un ru captiv ntre malurile lunecoase printre care curge? Cu toate acestea, planeta noastr este singura din Sistemul Solar, pe care apa se gsete n stare lichid.

Ce poate fi mai uor, astzi, dect a deschide un robinet? Ce este mai normal dect s foloseti apa pentru a-i satisface nevoile zilnice? Totui, exploatat fr msur i pruden, apa este din ce n ce mai poluat i producerea apei potabile este tot mai complex i costisitoare.

Apa, element hrnitor, component esenial a vieuitoarelor, considerat de antici origine a tuturor lucrurilor, a aprut pe Terra acum 4 miliarde de ani i o dat cu ea, ncet, ncet s-au dezvoltat i primele vieuitoare. De atunci, cantitatea de ap de pe planet nu s-a schimbat, n schimb, cantitatea de biomas mondial a crescut, fiind nsoit de o cerere de ap din ce n ce mai mare. Concepiile au evoluat, dar nimeni nu poate contesta rolul deosebit al substanei pe care Leonardo da Vinci o numea seva vieii pe pmnt. Cutarea surselor de ap de-a lungul timpului a mobilizat multiple energii. Civilizaiile s-au nscut pe cursurile marilor fluvii, considerate reele naturale de distribuie. Construciile din valea Nilului pe de o parte, i a Tigrului i Eufratului pe de alt parte, au demonstrat c civilizaiile egiptene i mesopotamiene au experimentat de timpuriu hidrologia, ndreptndu-se spre irigaii. n 2500 . H.C., cretanii au pus la punct primele sisteme de aduciune a apei n locuine. n 700 d. H.C., regele asirian Sennachrib a construit la Nivive un palat deservit de ap de munte adus printr-un canal de 100 km de piatr etanat cu gudron. n perioada elenistic (IV-II . H.C.), grecii au inventat sistemul sifonului invers....

Etimologic vorbind, termenul surs de ap provine din franuzescul source deau care nseamna loc, parte, zona, punct de plecare a apei transportate de un ru.

Pornind de la definiia din dicionar a conceptului de surs loc unde se produce, unde se poate gsi sau de unde se propag ceva, putem privi sursele de ap ca fiind un concept interdisciplinar i interactiv pe care specialitii din diferite domenii de activitate ale tiinei l pun n eviden prin instrumentele specifice ariei lor de aciune. Prezena noiunii de resurs natural n sisteme conceptuale ale diferitelor tiine, care studiaz natura, tehnica sau socialul, relev necesitatea abordrii coninutului ei, n sensul stabilirii unor coordonate comune, concomitent cu reliefarea elementelor specifice ale unui anumit domeniu de referin.

Problematica identificrii surselor de ap n Univers i pe Terra constituie o preocupare permanenta n cercetare.

Exist ap n Univers? Cercetrile recente au demonstrat, prin metoda spectroscopiei, prezena necontestat a

apei n univers, att n form gazoas (vapori), ct i n form solid (ghea) [2]. Apa molecular apare n norii circumstelari i interstelari i este un constituent

important al cozii unor comete (de exemplu Halley). De peste zece ani, cercettorii au elaborat teorii conform crora se gsesc cantiti

mici de ap n petele solare [3]. Cu siguran cantitile de ap sunt foarte reduse i geneza



2

[2010]

lor se explic prin diferene de temperatur suficientre pe anumite poriuni, pentru ca atomii de hidrogen i oxigen s se poat asocia. Viaa acesteia este foarte scurt deoarece, o dat cu creterea temperaturii, apa dispare. Numai stelele pitice roii i brune pstreaz vaporii de ap astfel formai, unde sunt ntrunite cerinele speciale pentru existena moleculei de ap (presiune ridicat, temperatur relativ joas i radiaie ultraviolet redus).

Mercur a avut ap adus poate de comete, dar temperatura sa sczut a eliminat-o. Pe Venus, procentul ridicat de deuteriu atmosferic i temperatura potrivit formrii a permis afirmarea existenei, n trecut, a apei. O dat cu nclzirea la 470C, aceasta nu a mai putut exista. Se presupune c pe Lun se poate s fi existat ap, ncercndu-se gsirea acestor urme pe fundul craterelor polare. Planeta Marte are, n calotele polare, mari cantiti de ap, iar relieful tipic pentru foste albii de ru indic existena unei perioade cu ap lichid. Sateliii marilor planete de la periferia sistemului solar au i ei ap (solid), Mirinda (satelit al lui Uranus) fiind constituit aproape exclusiv din ghea. Astfel, gsirea apei pe alte planete, care prea cndva un mit, este astzi obiect de cercetare febril.[2]

Telescopul Canada-Frana-Hawaii (situat pe muntele Mauna Kea, Hawaii) a permis studiul multor

fenomene astrofizice, inclusiv studiul de vapori de ap de pe Venus si Marte. (Foto CFHT, Hawaii).

Spectrometrul cu infrarou NIMS, mbarcat la bordul sondei Galileo, a permis studiul rspndirii vaporilor de ap pe Jupiter. Acest instrument colecta lumina graie unui mic telescop i o repartiza n funcie de lungimea de und, ceea ce i permitea s analizeze compoziia chimica a suprafeelor i a atmosferei planetare.(Clich NASA/JPL)

n figura de mai jos este ilustrat spectrul infrarou de pe Saturn observat cu satelitul ISO i comparat cu un spectru de calcul. Calculul permite evidenierea prezenei liniilor de absorbie a moleculei de ap (H2O), precum i a celorlalte molecule prezente n cantiti mici n atmosfera Saturnian ca: PH3, NH3, CH3D , GeH4 ou AsH3.



3

[2010]

Spectrul infrarou de pe Saturn observat cu satelitul ISO Originea i repartiia apei pe Terra Graie vulcanilor i distanei fa de Soare, Terra este singura planet care deine ap

sub form lichid. De unde vine apa terestr? Originea apei terestre este destul de controversat. Se susine c ea exist de la

nceputul formrii Pmntului dar nu n form lichid i nici ca vapori n atmosfer, ci legat n roci. Ea a fost eliberat treptat ca vapori de rocile fierbini mpreun cu bioxid de carbon, formnd a doua atmosfer (cea iniial, de heliu i hidrogen, de la formarea pmntului, se persupune c ar fi fost rapid "mturat" de vntul solar). Cnd rcirea scoarei a progresat destul, apa s-a condensat, au aprut ploile i s-au format mrile, iar aportul de ap din adncimi a continuat prin emanaiile vulcanilor.

Cum este repartizat apa terestr? Apa de pe planeta noastr reprezint un nveli al Terrei, numit hidrosfer care e n

strns relaie i interdependen cu alte "nveliuri":atmosfera (nveliul gazos), litosfera (nveliul solid, al rocii de la suprafaa continentelor sau fundul oceanelor), sau biosfera (nveliul viu).

Hidrosfera e format din trei mari compartimente: ap meteoric (apa din atmosfer), ap de suprafa (apa de la suprafaa pmntului) apa de sub suprafaa pmntului (numit ap subteran). Apele de suprafa cuprind mrile i oceanele, lacurile i blile (toate fiind ape

stttoare) i apele de iroire i rurile (cu diversele lor denumiri n funcie de dimensiune - pru, ru, fluviu...), care sunt ape curgtoare. O categorie distinct de ape de suprafa sunt cele n stare solid. Mari suprafee de pe pmnt sunt acoperite sezonier sau permanent de zpad sau ghea. Gheaa acoper temporar suprafaa multor ruri i lacuri i mri n zone de coast, dar i n mod permanent suprafee din munii nali (gheari alpini) sau din zone polare, formnd gheari continentali (de exemplu calota de ghea antarctic sau groenlandian) sau banchize la suprafaa mrilor polare (banchiza arctic, cele din jurul continentului antarctic) din care se desprind aisberguri ce se topesc lent i uneori sunt duse n deriv de curenii marini pn n zone calde.

Fig. 1.1 Repartiia apelor de suprafa: 1- ruri 2%; 2- mlatini 11%, 3 lacuri 87% [5]

Din multitudinea de ape naturale, omul a intervenit asupra unora care le denumim modificate antropic (de obicei ruri care au fost regularizate) i chiar a creat el ape stttoare sau curgtoare artificiale, cum sunt lacurile numite curent de acumulare sau respectiv canalele. Se face i o distincie important n funcie de coninutul de sruri dizolvate n ap: mrile i oceanele precum i unele lacuri sunt ape srate, iar rurile i majoritatea lacurilor au ap dulce.



4

[2010]

Din suprafaa planetei noastre (510 milioane km), Oceanul planetar ocup 361 milioane km, ceea ce reprezint 70,8%, iar uscatul, doar 149 milioane km, adic 29.2%. Pe Terra exista ap dulce, ap srat, ape termale i ape minerale i alte forme de ape. Pmntul nu duce lips de ap, 2/3 din suprafaa sa fiind acoperite de ap, dar numai puin din aceast ap este potabil. Volumul global al acestor resurse este estimat la 1454 milioane km, din care volumul oceanelor i mrilor este de 1362 km (97%). Apelor continentale (ruri, fluvii, lacuri, gheari etc.), singurele surse de ap potabil, le revin din cantitatea de ap a globului doar 37800 mii km (3%) figura 2.

Fig. 1.2. Apa pe Terra: 1 apa oceanic 97%; 2 - apa dulce 3%.[5]

Fig.1.3. Repartiia apei dulci: 1 calote glaciare 68,7%; 2 pnz freatic 30,1%; 3- alte forme de ap 0.9%; 4 - ape de suprafa 0.3%. [5]

Apa subteran poate fi i ea ap dulce sau ap srat. Dup adncime distingem ape freatice i ape de profunzime. Ele se afl de regul n dinamic, n legtur cu apele de suprafa, dar sunt i unele bine izolate de milenii pe care le numim ape fosile. Apele subterane exploatabile de ctre om se numesc acvifere. Omul a nceput i el s influeneze apele subterane naturale tot mai mult i chiar s creeze acvifere artificiale. n sol exist i ap n form solid. n zone temperate apa nghea iarna pn la o adncime de la civa centimetri la civa metri, dar n munii nali i mai ales n zonele arctice i antarctice, pmntul e ngheat continuu de milenii pe adncimi ce pot ajunge la sute de metri, acea ap numindu-se permafrost. Uneori n vara arctic respectiv austral se topete un strat subire al suprafa, dar n profunzime apa rmne n stare solid. Sintez: Unitile geografice ale hidrosferei, respectiv sistemele teritoriale n care este organizat apa sunt: oceanele (Pacific, Atlantic, Indian i Arctic)

mrile: sunt ntinderi de ap oceanic mai mici sau mai puin adnci dect oceanele.Ele se clasific dup raporturile lor cu oceanele i continentele n mri mrginae (comunic larg cu oceanul, fiind un fel de golfuri ale acestora), continentale (nconjurate de



5

[2010]

uscat, comunicnd cu oceanul sau cu o alt mare, prin strmtori), mediterane (situate ntre 2-3 continente i/sau ghirlande insulare: Mediterana, ana, Mediterana Asiatic, Mediterana American i OceanulArctic).

apele curgtoare: rurile i fluviile. Sunt organisme care colecteaz apele superficiale continentale. Rurile i fluviile au un regim de curgere permanent, deoarece se alimenteaz nu numai din ploi ci i din ape subterane. lacurile: reprezint mase de ap care stagneaz n excavaiuni ale continentului. Dimensiunile lor sunt variabile: adncimea ncepe de la civa metri i pn la 1620 m ct are Lacul Baikal, iar 1620 m ct are Lacul Baikal, iar suprafaa de la foarte mic la 3737..000 km000 km2, ct are Marea Caspic. apele subterane ghearii

Repartiia apei dulci pe glob, n funcie de indicatorul de stres este ilustrat n figura de mai jos.

1.2.Dinamica apelor. 1.2.1. Msurarea vitezei apei rurilor

Studiul surselor de ap, fcut din perspectiva tiinelor inginereti (respectiv al hidrologiei), permite abordri cantitative i ofer posibilitatea soluionrii numeroaselor aspecte de ordin practic, legate de valorificarea resurselor de ap, de protecia lor, de diminuarea riscurilor hidrologice, etc. Un element important n acest sens, l constituie studiul dinamicii apelor. Dinamica apei este reflectat de distribuia vitezelor pe plan vertical i orizontal, de evoluia curenilor de suprafa i de adncime, de variaia debitelor lichide i solide, de distribuia regimului termic n masa de ap etc.. Ea este rezultatul aciunii unui ansamblu de fore i factori care acioneaz asupra apei:

- fora gravitaional care determin micarea apelor din ruri, dinspre altitudinile mai mari spre cele mai mici,



6

[2010]

- fora lui Coriolis care determin abaterea direciei de curgere a apei din ruri spre dreapta n emisfera nordic i spre stnga n emisfera sudic, acionnd perpendicular asupra acesteia,

- fora centrifug care face ca oglinda apei, n partea concav a malului, s se ridice la o anumit nlime crend o nclinare spre malul convex, n timp ce malul concav este afectat de eroziune i mai abrupt. Aceasta for se manifest n zona meandrelor.

Factorii care influeneaz dinamica apei rurilor sunt: cantitatea de ap care se scurge, limea i adncimile albiei, panta acesteia, rugozitatea patului .a. Sub aciunea forelor menionate, apa rurilor poate realiza dou tipuri de micri:

- laminar - cnd liniile de curent se deplaseaz paralel n ntreaga mas de ap, sub forma unor lamele care n timpul scurgerii nu se amestec unele cu altele,

- turbulent - care se caracterizeaz prin deplasarea dezordonat a particulelor de ap, care se amestec continuu, modificndu-se direcia vectorilor de vitez i tinznd s se realizeze o uniformizare a temperaturii de la suprafa pn la adncimea maxim a apei.

Trecerea de la micarea laminar la cea turbulent se face prin depirea unei viteze critice, determinat experimental i care variaz ntre 0,017 cm/s i 0,33 cm/s, n funcie de adncimea apei. Hodograful vitezelor este reprezentarea grafic n epur a repartizrii vectorilor de vitez pe vertical. Mrimea acestora este diferit, n funcie de adncimile apei, de panta talvegului (firul vii) i de prezena sau absena unor obstacole de pe patul albiei (praguri, bancuri nisipoase submerse, rugoziti, bolovani etc). Construcia hodografului:

- se construiete sistemul de axe rectangulare, n care, pe vertical se reprezint adncimea apei i pe orizontal se reprezint valorile vitezei n punctele de msurare a vitezei, adic la suprafa, la 0,2 din adncimea rului - h (0,2h), la 0,6 h, la 0,8 h i la fundul apei.

- se reprezint valoarea vectorilor de vitez (v1, v2 ... vn), la o scar stabilit pe axa orizontal a graficului, n dreptul fiecrui punct unde s-au fcut msurtori.

- prin unirea extremitilor vectorilor de vitez se obine curba vitezelor pe vertical care configureaz epura sau hodograful vitezelor.

Izotahele sau liniile de egal vitez sunt reprezentrile care dau o imagine general despre repartiia vitezelor n seciunea activ a rului. Construcia izotahelor:

- se reprezint profilul seciunii active a rului, - se reprezint epurele vitezelor, corespunztoare fiecrei verticale de msurare, - se nscriu n profilul seciunii active hodografele de la fiecare vertical de adncime, - se unesc punctele cu aceeai vitez a apei, obinute prin interpolarea vitezelor

msurate la diferite adncimi pe verticale. Viteza curentului de ap se determin cu dispozitive diferite, precum: flotorii care pot

fi de suprafa sau integratori, prjina hidrometric, tubul hidrometric, bastonul lui Jens, morica hidrometric, etc..

Morica hidrometric este dispozitivul cel mai larg rspndit pentru msurarea vitezei curentului de ap. Ea permite determinarea cu destul precizie a vitezei punctuale a apei la diferite adncimi.

Morica hidrometric este alctuit din trei pri principale: elicea (rotorul), corpul i aripa (coad sau ampenajul) (fig. 1.4). Poate dispune i de unele accesorii: dispozitiv de sonorizare (optic sau sonor), cablu electric, tij gradat pentru introducerea moritii n ap la adncimile dorite, cronometru, baterie electric .a. n cazul rurilor cu adncimi i debite



7

[2010]

mari, pentru lansarea moritii se folosete un troliu, iar pentru meninerea ei vertical se utilizeaz un lest (numit sond sau bomb) a crui greutate este cuprins ntre 10 i 100 kg (n funcie de adncimea i viteza apei).

Fig. 1.4. Morica hidrometric: 1- elice; 2- cabluri electrice captor; 3- tij lansare (prjin); 4-

aripa (coad); 5- corp Funcionarea moritii hidrometrice:

) Sub aciunea curentului de ap elicea se rotete n jurul unui ax. ) La un anumit numr de rotaii ale elicei se realizeaz un contact electric care

genereaz un semnal acustic (sonerie) sau luminos (aprinderea unui bec). ) Se determin numrul de rotaii (n) pe care elicea acionat de curentul de ap le

efectueaz ntr-o unitate de timp:

tiN

n

=

unde: N = numrul de rotaii ale paletei la care se produce un impuls sonor sau luminos (acesta este, de regul, 20); i = numrul impulsurilor nregistrate; t = timpul de nregistrare a impulsurilor (n secunde). n mod normal, el trebuie s fie de aproximativ 120 secunde.

Viteza apei ntr-un anumit punct se obine cu formula moritii, care este de tipul: v = vo + k n,

n care: vo= viteza minim necesar curentului de ap pentru a roti elicea; k= constant; n = numrului de rotaii pe secund ale elicei.

Fiecare moric hidrometric dispune de o formul proprie care exprim legtura dintre viteza de rotire a paletei i viteza apei. Formula moritii se stabilete la construcia ei prin operaia de tarare sau etalonare.

Moritile pot nregistra viteze ale apei ntre 0,05 i 4 m/s. Moritile hidrometrice electronice au principiul de funcionare asemntor cu al celor mecanice avnd ns, dispozitive electronice de contorizare a rotaiilor.

Msurarea vitezei apei cu morica hidrometric are drept scop calcularea debitului lichid al unui ru prin metoda seciune - vitez.

Pentru determinarea vitezei curentului de ap cu ajutorul moritii hidrometrice se parcurg urmtoarele etape:

- se alege amplasamentul msurrii care este de preferat a fi o sectiune dreapt, perpendicular pe direcia de curgere, cu o geometrie simpl.

- nlimea apei, minim necesar n seciunea de msurare, trebuie s respecte criteriile de alegere a moritii. Morica trebuie folosit n gama de viteze pentru care a fost etalonat, iar utilizatorul trebuie s cunoasc ecuaia de etalonare, viteza de pornire i viteza maxim de utilizare a acesteia.

- se stabilete numrul verticalelor fixe n funcie de limea rului. Spaiul dintre verticale este fixat astfel nct diferena vitezelor ntre 2 verticale suprapuse s nu depeasc



8

[2010]

20%. De exemplu, pentru o deschidere a seciunii de 2 m sunt necesare 5 verticale de vitez.[3]

- pe fiecare vertical se msoar viteza n unul sau mai multe puncte, la adncimi standard stabilite n funcie de adncimea apei (h), de diametrul elicei, de existena formaiunilor de nghe. Observaie: n cazul utilizrii moritii normale (cu diametrul paletei de 12-14 cm), n albii libere, punctele standard de msurare sunt urmtoarele:

- pentru h < 0,15 m, nu se efectueaz msurtoarea; - pentru 0,15 m< h



9

[2010]

Prelucrarea datelor se face numeric folosind soft-uri specializate (exemplu LOG_aFlow) al cror raionament urmrete paii cunoscui ai modelrii (figura 1.7).

Determinarea vitezelor punctuale ale apei, la diferite adncimi ale verticalelor de vitez stau, de asemenea, la baza calculrii vitezelor medii ale apei n verticalele de vitez, care servesc la obinerea debitului de ap prin metoda seciune-vitez.

Fig. 1.7. Prelucrarea numeric a datelor experimentale

Metoda analitic este cea mai utilizat n activitatea hidrometric i const n aplicarea de formule standard n funcie de numrul punctelor de msurare a vitezei, deci de adncimea apei, astfel:

) la adncimi de 15-20 cm, cnd viteza se determina ntr-un singur punct (la 0,6h), viteza medie a verticalei se consider egala cu cea punctual:Vm=V0,6h

) la adncimi de 21-40 cm, cnd sunt dou puncte de msurare (suprafa i fund), viteza medie a verticalei este media aritmetic a vitezelor punctuale:Vm=(Vs+Vf)/2

) la adncimi de 41-80 cm, cnd se msoar vitezele n trei puncte (0,2h;0,6h; 0,8h), viteza medie se obine cu ajutorul relaiei:Vm = (V0,2h + 2V0,6h + V0,8h)/4;

) la adncimi de peste 81 cm, situaie n care exist cinci viteze punctuale (suprafa; 0,2h; 0,6h; 0,8h; fund), viteza medie a verticalei se obine aplicnd formula:

Vm = (Vs + 3V0,2h + 3V0,6h + 2V0,8h + Vf)/10.

1.2.2. Determinarea debitului de ap Debitul de ap este o mrime fizic ce reprezint cantitatea de ap care strbate

seciunea activ a unui ru, canal sau a unei conducte n unitatea de timp. Se noteaz simbolic cu litera Q i are ca uniti de msur m3/s sau l/s. a. Debitul de ap al unui ru

Determinarea debitelor lichide ale rurilor se poate realiza prin metode indirecte sau directe, n funcie de precizia dorit, de caracteristicile scurgerii, de mijloacele tehnice .a. Msurarea debitului de ap al unui ru se efectueaz la posturile hidrometrice, conform programelor stabilite. Numrul msurtorilor este n funcie de fazele caracteristice ale regimului hidrologic, de mobilitatea albiei, de prezena fenomenelor de iarn i a vegetaiei, putnd oscila, n medie ntre 25 i 75 pe an. Metodele indirecte presupun determinarea, mai nti a unor elemente hidraulice i de

dinamic (suprafaa seciunii, raza hidraulic, viteza apei, panta oglinzii apei etc.), urmat de introducerea lor n formule.



10

[2010]

Dintre metodele indirecte, cea mai utilizat este metoda seciune-vitez, bazat pe relaia care exist ntre debitul de ap (Q), suprafaa seciunii () i viteza medie a apei n seciune (Vm):

Q = Vm Suprafaa seciunii se determin prin nsumarea ariilor figurilor geometrice delimitate

de verticalele de sondaj, iar viteza medie se determin prin metodele studiate anterior. n cazul n care viteza medie n seciune este obinut prin metode hidraulice, formula de calcul al debitului n seciunea respectiv este de forma:

.2/13/2

nIRRICVQ m===

unde: Q = debitul de ap [m3/s]; = suprafaa seciunii [m2]; Vm = viteza medie a apei n seciune [m/s]; C - coeficient de debit; R = raza hidraulic [m]; I = panta oglinzii apei [m/km]. Metodele directe permit determinarea debitului cu ajutorul unor dispozitive i instalaii speciale, n funcie de care se disting: metoda volumetric, metoda chimic, metoda deversorilor hidrometrici. Metoda volumic de determinare a debitului se aplic la lichide i gaze i presupune determinarea debitului ca sum a volumelor elementare de fluid, constante n intervalul de timp n care se face determinarea. PPrrincipiul acestei metode este aplicat contorului volumetric pentru lichide (figura 1.8) instrument prevzut cu una sau mai multe camere de volum cunoscut, a cror umplere i golire succesiv este transmis unui index integrator. Pe cadranul acestuia, se citete numrul de camere golite, deci debitul.

Figura 1.8. Contorul volumetric Metoda gravimetric de determinare a debitului se aplic la lichide i gaze. Debitul este produsul dintre volumul i densitatea fluidului trecut prin contor ntr-un interval de timp. Mrimile caracteristice sunt volumul i densitatea. Contorul de mas (fig.1.9) se folosete pentru msurarea debitelor de ap i este un instrument prevzut cu camere de volume cunoscute, care se dezechilibreaz prin umplere, antrennd un sistem de prghii cu ajutorul crora se transmite numrul de umpleri ale camerelor la sistemul indicator. Numrul de umpleri este transformat n cantitatea de lichid scurs printr-un sistem de integrare.

Figura 1.9. Contorul de mas



11

[2010]

Metoda injeciei sau a diluiei se aplic la lichide i gaze i const n introducerea unor soluii identificabile n fluid, urmat de determinarea n aval a concentraiei de substan, tiind c diluia este proporional cu debitul. La aceast metod se folosesc: -trasori neradioactivi ; -trasori radioactivi.

Metoda chimic prezint dezavantajul c trebuie utilizate instalaii voluminoase i cantiti mari de soluie concentrat. b). Msurarea debitului n canale Pentru canalele deschise, msurarea debitelor se face amenajnd pe curs deversoare, praguri i canale de msurare. Toate acestea, se ntlnesc pe cursurile amenajate hidrotehnic. Deversorii pot avea diferite forme geometrice. Ei se aeaz perpendicular pe direcia de curgere a prului, iar debitul de ap se va calcula n raport de grosimea stratului de ap (sarcina) ce trece peste pragul deversorului. Frecvent, pentru msurarea debitelor de pe canale, praie sau rigole de irigaii se folosesc deversorii hidrometrici portativi. Acetia sunt confecionai din tabl metalic nu prea grea, pentru a fi manevrat cu uurin.

n afar de deversorii portativi, pentru unele rigole sau praie care ar constitui obiective hidrologice de interes local, particular sau social se pot construi deversori cu prag larg. Acetia pot avea pragul neinundat sau l pot avea inundat. n figura 1.10 sunt prezentate diverse tipuri de deversoare : a-deversor simplu ; b-deversor dreptunghiular ; c-deversor triunghiular ; d-deversor parabolic ; e-deversor trapezoidal ; f-deversor circular, f-deversor proporional.

a. b. c. d.

e f g

Figura 1.10. Tipuri de deversoare.

Fiecare deversor, n funcie de tipul su, are o formul de calcul al debitului n care un parametru important l reprezint grosimea stratului de ap (sarcina) care traverseaz pragul (grosime notat cu H). Aceasta se determin cu ajutorul unei mire, iar n lipsa ei, cu o rigl. Exist ns i tabele care n raport de forma deversorului i de sarcina H, indic debitul n m3/s sau l/s.

1.2.3. Studiu de caz: Determinarea debitului unui ru prin metoda chimic n hidrologie, aceast metod se utilizeaz n condiii naturale neadecvate pentru

msurtori prin alte metode (n regiunile muntoase, greu accesibile i la ruri ce au o



12

[2010]

rugozitate a patului foarte accentuat (praguri, bolovniuri etc.), adncimi reduse, pante mari, viteze ridicate i scurgere turbulent).

Soluii necesare: soluii solubile cu concentraie mare de clorur de sodiu, sulfat de magneziu, bicarbonat de sodiu etc. sau soluii colorante (fluorescein, rodamin).

Pentru efectuarea msurtorilor, soluia chimic se pregtete aproape de apa rului, ntr-un recipient cu capacitate mare (butoi). Injectarea soluiei n ru poate fi efectuat n dou moduri : cu debit constant i instantaneu. Metoda de injectare cu debit constant - recipientul de lansare a soluiei este prevzut cu un robinet ce poate regla o valoare

dorit, constant, a debitului soluiei. - n aval de punctul lansrii n ap a soluiei trasoare (de NaCl, de exemplu) se iau

probe de ap crora li se determin concentraia. - durata de lansare a soluiei este de 10-20 minute, - probele de analiz se colecteaz n profilul din aval la fiecare dou minute: cte trei

probe de 0,5 1 de la suprafaa apei, una din mijlocul albiei minore i cte una de la ambele maluri.

- pentru calculul debitului prin aceast metod vom nota cu : q = debitul soluiei, n l/s ; K1 = concentraia soluiei lansat n ap, n g/l ; Q = debitul rului n l/s ; K0= gradul de mineralizare natural al apei (g/l) ; K2= concentraia soluiei n proba colectat (g/l). Dac se consider c debitul soluiei la locul de lansare este egal cu debitul soluiei la locul de colectare a probelor, atunci se obine urmtoarea egalitate :

QKo + qK1 = (Q + q) K2 Prin urmare, debitul de ap va fi :

.KKKKqQ

02

21=

Metoda injectrii instantanee (prin integrare) const n lansarea ntr-un punct al rului, a unei soluii trasoare, de volum (V) i concentraie (C1) cunoscute. Dup un traseu suficient de lung pentru ca soluia s se amestece bine cu apa rului, sunt prelevate eantioane pe parcursul ntregii durate de trecere a norului soluiei. Prelevrile sunt efectuate n mai multe puncte ale seciunii transversale a rului, astfel nct s se poat stabili o valoare medie a concentraie apei (C2), care este n funcie de timpul de deplasare i de punctul de recoltare.

Valoarea medie exact a lui C2 se obine prin integrarea n funcie de timp a

concentraiilor apei determinate n diferite momente i locuri ale profilului de msurare, expresia debitului fiind:



13

[2010]

2

1

02 )(

CTCV

dttC

MQ T ==

unde: M este masa trasorului injectat, V, C1 volumul, concentraia soluiei injectate, 2C concentraia medie obinut prin integrarea concentraiilor de eantionare prelevate la

momentele de timp t, T durata de prelevare. Un caz particular al metodei diluiei prin injectare instantanee este acela n care se

utilizeaz soluie de NaCl, a crei detectare se realizeaz cu ajutorul sondei conductivimetrice. O mas cunoscut de sare (NaCl) se dilueaz ntr-un volum de ap din ru i se lanseaz instantaneu n cursul de ap. La o distan suficient de lung pentru a se amesteca bine soluia cu apa din ru se amplaseaz sonda conductivimetric. Aceasta msoar conductivitatea electric a apei pe parcursul trecerii norului de sare. Cunoscndu-se relaia de dependen direct dintre conductivitatea apei i concentraia n sruri, se realizeaz curba evoluiei concentraiei n funcie de timp, care prin integrare conduce la valoarea debitului (integrarea se realizeaz automat de ctre dispozitivul computerizat ataat sondei conductivimetrice).

c). Determinarea curbei nivel debit Curba nivel-debit ilustreaz grafic legtura dintre nivelul (H) i debitul apei (Q) ntr-o

seciune: Q =f(H). Ea se traseaz ntr-un sistem de axe rectangulare n care pe abscis se reprezint debitul de ap (Q, n [m3/s]), iar pe ordonat, nivelul (H, n [cm]). Pentru alegerea scrilor se recomand ca dreapta care unete punctele extreme s formeze cu axa absciselor unghiuri de cca. 45-60.

Prin corelarea valorilor debitelor msurate cu cele ale nivelurilor corespunztoare lor, se nscriu pe grafic mai multe puncte. Curba nivel-debit se poate obine prin interpolarea numeric a acestor puncte.

Pentru o evaluare ct mai corect a debitului de ap se mai construiesc curbele = f(H) i Vm = f(H) ( = suprafaa seciunii de scurgere, n [m2], iar V = viteza medie a apei, n [m/s]). Cu ajutorul lor poate fi verificat curba Q = f(H), efectundu-se pentru fiecare 10 cm de pe scara nivelurilor, produsul x Vm, care trebuie s dea valoarea pentru Q identic (sau n limitele de 5%) cu cea indicat, pentru nivelul respectiv, de curba = f(H).

1.3.Circuitul hidrologic 1.3.1. Definiia i componentele circuitului hidrologic

Circuitul hidrologic este un concept ce nglobeaz fenomele de micare i renoire a apei pe Terra. Aceast definiie implic faptul c mecanismele care regizeaz circuitul hidrologic nu apar singure, unele dup altele, dar sunt i concomitente. Circuitul hidrologic nu are astfel nici nceput, nici sfrit. Prin definiie, circuitul hidrlogic al apei reprezint succesiunea de faze prin care apa trece din atmosfer pe Terra i se rentoarce apoi n atmosfer. Circuitul apei nu are un punct clar de plecare, dar putem ncepe cu oceanele. Soarele, care este "motorul" circuitului apei, nclzete apa oceanelor, care se evapor ajungnd n aer sub form de vapori. Curenii de aer ascendeni transport vaporii n atmosfer, unde temperaturile mai sczute determin condensarea vaporilor sub forma de nori. Curenii de aer deplaseaz norii pe glob. Particulele de nori se ciocnesc, cresc n dimensiuni i cad sub forma de precipitaii. O parte a precipitaiilor cade sub form de zpad i se poate acumula n calote glaciare i gheari. Zpada aflat n zone cu o clim mai blnd se topete cnd vine primvara, iar apa rezultat se scurge pe suprafaa solului.



14

[2010]

Cea mai mare parte a precipitaiilor cade napoi n oceane sau pe sol, unde, datorit gravitaiei se scurge n continuare, pe suprafaa solului ca scurgere de suprafa. O parte din aceast scurgere de suprafa intra n albia rurilor, curentul de ap deplasndu-se ctre oceane. Scurgerea de suprafa i exfiltraiile din apa subteran, se acumuleaz ca ap n lacuri i ruri. Nu toat apa provenit din scurgerile de suprafa ajunge n ruri. O mare parte a acesteia se infitreaz n sol, o alt parte din aceast ap rmne n apropierea suprafeei solului i se poate infiltra napoi n apa de suprafa (ruri, mri i ocean) sub forma de scurgere de ap subteran (descarcare n acvifer). O parte din apa subterana gsete fisuri n suprafaa pmntului i iese la suprafa sub form de izvoare cu apa dulce. Apa din acviferul freatic (apa subteran de adncime mic) este asimilat de rdcinile plantelor i se ntoarce napoi n atmosfer prin evapotranspiraia de pe suprafaa frunzelor. O alt parte a apei infiltrate n pmnt ajunge la adncimi mai mari i remprospteaz acviferele de adncime (zona subteran saturat), care inmagazineaz cantiti imense de ap dulce pe perioade ndelungate. Totui, n timp, aceast ap se deplaseaz, o parte urmnd s reintre n ocean, unde circuitul apei "se termin". i "rencepe". n funcie de scara spaial la nivelul creia se analizeaz, circuitul apei n natur poate avea caracter local sau universal (figura 1.11). Circuitul universal al apei n natur este procesul de transfer al apei de pe ocean pe uscat i apoi iar n ocean. Circuitul local al apei poate fi oceanic sau continental. Definim circuitul local oceanic al apei ca fiind procesul de transfer al apei de la suprafaa oceanului n atmosfer si apoi napoi n oceanul planetar. Circuitul local planetar este procesul de transfer al apei de la suprafata pamntului n atmosfer i apoi, napoi pe suprafaa terestr. Bilanul hidrologic reprezint diferena dintre aporturile i pierderile de ap de pe un teritoriu considerat. Componentele bilanului hidrologic la nivel planetar sunt:

- cantitatea medie anual de ap evaporat de pe suprafaa Oceanului Planetar EO; - cantitatea medie anual de ap evaporat de pe suprafaa continental, EC; - cantitatea medie anual de precipitaii czute pe suprafaa Oceanului Planetar, XO; - cantitatea medie anual de precipitaii czute pe suprafaa continentala, XC; - cantitatea medie anual de apa scurs n ocean, Y.



15

[2010]

Figura 1.11. Circuitul universal al apei pe glob: I circuitul local continental; II circuitul

local oceanic

1. 3. 2. Ecuaiile bilantului hidrologic Circuitele locale i cel universal al apei se pot scrie sub forma unor ecuaii simple numite ecuaiile bilantului hidrologic.

a. Ecuaia bilanului hidrologic al Oceanului Planetar: 333

OO km36800km412200km449000YXE +=+= b. Ecuaia bilanului hidrologic al Suprafeei Continentale

333CC km36800km98800km62000YXE ==

c. Ecuaia bilanului hidrologic universal: Se obine prin totalizarea celor dou ecuaii i este constant:

COCO XXEE +=+ 333333 km511000km511000km98800km412200km62000km449000 =+=+



16

[2010]

2. Economia apelor

2.1. Apa resurs natural sau economic?

Cum s-a precizat n capitolul anterior, dei este una din cele mai abundente resurse naturale, apa are o distribuie inegal pe suprafaa planetei i calitatea ei nu este aceeai peste tot. Problema disponibilitii i accesului la ap este una din problemele majore cu care va avea de-a face omenirea n secolul urmtor.

Astzi se estimeaz c, de fapt, unul din cinci locuitori ai planetei, nu are acces la ap n suficient msur i unul din trei la o ap de calitate. n acest context, poate fi util de a aminti c msura cantitativ i calitativ a elementelor ciclului hidrologic, precum i msura altor caracteristici ale mediului care influeneaz apa, constituie o baz esenial pentru gestionarea eficace a apei (Declaraia de la Dublin, 1992). De fapt, ntelegerea i analiza circuitului apei este la baza tuturor studiilor asupra gestiunii apelor.

Pentru a nelege coninutul i semnificaia noiunii de resurs de ap, aceast surs natural-bilogic trebuie analizat n legtur indisolubil cu resursele hidrice.

Resursa hidric se prezint ca o resurs natural primar, ce constituie patrimoniul comun al omenirii, administrat de ri suverane, n calitatea acesteia de bun liber. Resursa de ap natural primar se identific cu coninutul noiunii de resurs hidric numai n condiiile n care se manifest ca un bun liber, atunci cnd resursa de ap poate fi utilizat pentru satisfacerea direct a unor nevoi sociale prin consumul resursei hidrice.

Altfel spus, resursa hidric sau resursa natural de ap este un rezultat al proceselor naturale hidrologice i reprezint cantitatea i variaia n timp a volumelor poteniale de ap ale bazinelor hidrologice aflate pe Terra fiind considerat un dar al naturii, un bun liber n forma fizic ce poate satisface anumite nevoi sociale dar care nu are o expresie valoric.

De exemplu, apa de izvor, care dispune de proprieti ce o fac apt pentru consum, i care nu a necesitat intervenia omului pentru amenajare, constituie un bun liber i se identific cu coninutul noiunii de resurs hidric.

De obicei, apa natural (de izvor, de ploaie etc.) nu este niciodat pur, n compoziia sa se afl dizolvate diverse substane chimice. De aceea, pentru a imprima unor resurse hidrice proprieti care s le fac apte pentru satisfacerea unor necesiti economice i sociale, omul a intervenit asupra acestora, modificndu-le antropic, prin lucrri de regularizare a cursurilor de ap, prin sisteme de acumulri de ape i canale de distribuie, amenajri pentru tratament, odihn, agrement, practicarea jocurilor nautice etc., i care au necesitat nsemnate eforturi sociale. Din acest moment, resursa hidric primar prelevat devine un bun eco-economic derivat apreciat printr-un anumit pre, bun economic definit prin termenul de resurs de ap.

Din momentul n care resursa hidric este captat n diferite amenajri naturale sau artificiale, care necesit eforturi economice, aceasta devine resurs de ap, un bun eco-economic derivat, exprimat att sub aspect fizic, ct i valoric.

Resursa de ap reprezint modificarea antropic a resursei hidrice i transformarea ei ntr-o resurs eco-economic cu ajutorul proiectelor inginereti i/sau a realizrii de lucrri i instalaii hidrotehnice, pentru asigurarea cerinelor de ap ntr-un anumit spaiu geografic sau bazin hidrologic.

Resursa ap reprezint cantitatea resursei hidrice care a fost modificat sau gestionat pentru a deveni resurs eco-economic care, n funcie de destinaia ei economico-social mbrac fie forma de bun economic, cnd satisface anumite necesiti personale sau colective,



17

[2010]

fie de factor de producie, cnd este utilizat n procesele de producie specifice diferitelor ramuri i subramuri ale economiei naionale, participnd la crearea de noi bunuri economice.

Prin natura lor, potenialul hidric i resursa de ap (brut i prelucrat) se ncadreaz n:

- Categoria resurselor regenerabile, constituind factori biologici de mediu pentru viaa economico-social. Cu toate c este o resurs natural-biologic regenerabil, apa este limitat n ceea ce privete volumul anual disponibil, manifestnd tendina de scdere n unele bazine hidrografice sau imposibilitatea utilizrii ei n caz de poluare accentuat, dac se depesc limitele de toleran specific fiecrui ecosistem n care este prezent.

Limitele de utilizare a resurselor de ap apar i din alte cauze, cum ar fi: transportul resurselor de ap la distan se desfoar n condiiile

manifestrii unor dificulti de natur tehnico-economic, fapt pentru care ele sunt privite ca o resurs regenerabil, ce nu dispune de un sistem naional interconectat al acestora;

resursele de ap disponibile sunt puternic influenate, sub aspect cantitativ i calitativ, de activitile antropice, fie datorit prelevrii apropiate de limita de suportabilitate sau peste aceast limit n diferite bazine hidrografice, fie prin poluarea lor accentuat. - Categoria resurselor parial refolosibile. Apa, ca orice resurs de natur biologic,

prin folosirea ei succesiv se degradeaz treptat, ceea ce necesit eforturi materiale i financiare pentru asigurarea disponibilitilor de ap privite sub aspect cantitativ, dar mai ales calitativ i, pe aceast baz, s-i continue circuitul ei natural i economic.

- Categoria resurselor deficitare. n raport cu cererea de consum n continu cretere, dar i de exigena calitativ a solicitanilor, resursele hidrice i apa sunt, de regul, deficitare. Dar, indiferent de categoria n care se ncadreaz, resursa ap, ca orice resurs natural sau bun economic, n raport cu creterea populaiei i a nevoilor are un caracter limitat, restrictiv.

Semnificaia deosebit, complexitatea resursei de ap au determinat conturarea a dou activiti distincte, dar legate ntre ele. Una de natur practic i se refer la activitatea de administrare, gestionare i gospodrire raional, ntr-o concepie unitar i de larg perspectiv a resurselor de ap ale rii, cu implicaii majore n dezvoltarea economico-social denumit gospodrirea resurselor de ap ce se constituie ca un subsistem al economiei naionale; alta, reprezint conturarea unei tiine distincte privind studiul apei sub multitudinea aspectelor acesteia, denumit hidrologie

*.

Obiectul activitii de gospodrire a resurselor de ap l constituie resursa de ap privit prin multitudinea aspectelor sale cantitative, calitative i structurale; subiectul, participanii direci i indireci la realizarea actelor de gospodrire raional a obiectului; scopul, concretizat n asigurarea durabilitii resurselor de ap, n condiiile afirmrii criteriului economic i ecologic; metoda, exprimata prin arsenalul de mijloace tehnice i instrumente de natur economic i extraeconomic prin care se realizeaz gospodrirea eficient a resursei ap. Hidrologia constituie un complex de studiu, o tiin de grani, care se afl la intersecia tiinelor naturale cu cele inginereti, economice, matematice, sociale etc. Hidrologia ca tiina poate fi ncadrat, n principal n sistemul tiinelor naturii, subgrupa geotiinelor, cu toate c hidrologia aplicat aparine altor sisteme de tiin fizic, geologie, chimie, biologie, mecanica fluidelor,matematic, statistic etc.



18

[2010]

2.2. Apa resurs economic

Conceptul economia apelor reprezint ramura economiei unei ri care are ca obiect totalitatea msurilor necesare pentru folosirea raional a resurselor de ap. Apariia i dezvoltarea acestui concept a fost impus de caracteristicile acestei resurse: - distribuie neuniform n spaiu i timp a resurselor hidrice; - posibilitile relativ limitate pentru transportul apei din zone unde aceasta este n exces n zone deficitare; - caracterul limitat al resurselor hidrice; - influena cantitativ i calitativ a activitii antropice asupra regimului de curgere al apei n ruri i fluvii; - reutilizarea apei att n lungul unui curs de ap, ct i n cadrul aceleiai folosine. n raport cu diferitele utilizri / folosine ale apei, se structureaz i diferitele ramuri ale economiei apelor. 1. Alimentrile cu ap i canalizarea centrelor populate i a zonelor industriale Apa potabil i industrial necesar consumatorilor, denumit i ap de consum, se obine att din apele subterane (straturi freatice,straturi de mare adncime sau izvoare) ct i din apele de suprafa curgtoare sau stttoare. Consumatorii de ap au o mare varietate de nevoi, adecvat domeniilor diferite ale vieii sociale. Alimentarea cu ap a centrelor populate se poate face n sistem centralizat, n mediul urban sau n sistem individualizat n mediile rurale. Industria are nevoie de importante cantiti de ap n procesele de fabricaie, de rcire sau nclzire a agregatelor. Mari consumatoare de ap sunt: industria carbonifer, metalurgic, industria chimic, industria celulozei i hrtiei. Cantiti mari de ap se utilizeaz pentru rcirea centralelor termice i atomoelectrice.

Fig.2.1. Alimentrile cu ap i canalizarea centrelor populate i a zonelor industriale: folosinele apei, tratarea i controlul acesteia naintea deversrii n efluent



19

[2010]

Conform SR 1343-1:2006 schema general a unui sistem de alimentare cu ap centralizat este prezentat n figura 2.2.

Fig. 2.2. Schema generala a sistemului de alimentare cu ap a unei localiti:

C captare (construciile i lucrrile prin care se preleveaz controlat apa dintr-o surs natural); SP

i staii de pompare (asigur condiiile hidrodinamice pentru transportul apei

ntre obiectele schemei n cazurile n care acesta nu se poate asigura gravitaional); ST staie de tratare (uzin de ap) (asigur corectarea calitii apei sursei pn la calitatea cerut de utilizator); R construcii de nmagazinare (nmagazineaz apa pentru: asigurarea apei n perioada avariilor sistemului n amonte de R, volumul rezervei intangibile de combatere a incendiului; asigur compensarea cantitilor de ap ntre alimentare R i consumul din R); A aduciune (asigur transportul apei de la captare la rezervoare); RD reea de distribuie (transport apa de la rezervoare la branamentul fiecrui consumator n cantitatea i la calitatea cerute de utilizatori) sistem de msur continu a volumelor de ap, astfel nct s se poat controla permanent balana cantitilor de ap n sistem. 2. Transporturile fluviale i maritime pentru oameni i mrfuri Transportul pe ap, ca unul din cele mai vechi sisteme de transport, a aprut i s-a dezvoltat vertiginos datorit avantajelor pe care le are n raport cu celelalte categorii de transport: canale naturale de transport, posibilitate de comunicare cu toate continentele, pre redus, etc.. Transporturile pe ap i-au consolidat locul pe care-l ocup n ansamblul sistemului unitar al transporturilor datorit avantajelor economice i imposibilitii nlocuirii lor n relaiile de comer dintre state. Transportul pe ap este organizat pe spaiul marin, lacustru i fluvial. 3. Hidroenergetica Hidroenergetica se ocup cu amenajarea cursurilor de ap n scopul valorificrii potenialului hidroenergetic al acestora. Fora apelor a fost utilizat din timpuri strvechi. Vechile civilizaii din China, Siria, Egipt foloseau fora apei la acionarea rotilor hidraulice folosite la sistemele de irigaii. n sec. Al XI-lea, energia apelor a fost folosit pentru a pune n micare morile de ap, joagrele, etc. Spre sfritul secolului al XIX-lea apar i se dezvolt centralele hidroelectrice. n unele zone se utilizeaz energia mareelor sau a curenilor marini pentru obinerea energiei electrice. 4. Hidroamelioraiile



20

[2010]

Hidroamelioraiile au ca scop irigarea i alimentarea cu ap a terenurilor i centrelor agricole, precum i desecarea zonelor pe care apa este n exces. 5. Folosine diverse: piscicultur, sport , agrement, sanitare, etc. Se remarc n aceast categorie potenialul turistic al zonelor litorale, oceanice i maritime, al unitilor lacustre, precum i potenialul izvoarelor minerale i termale.

Apa are un rol important i n procesele naturale cum ar fi: procesele geochimice, geofizice, geomorfologice i biologice. Prezena apei determina zonele continentale i cele oceanice, prin aciunea sa apa modeleaz relieful. Pentru a-si ndeplini funciile vitale, animalele, plantele i omul au nevoie de ap.

2.3. Cantitatea i calitatea apei necesar pentru diverse folosine

Sursele de ap din natur trebuie s asigure alimentarea cu ap a centrelor populate, industriale i agrozootehnice. Problema gospodririi i consumului de ap este foarte important: de exemplu, dac fiecare om ar consuma, n medie, 200 l zilnic, n cursul unui an, ar trebui ca nlimea pnzei de ap s scad cu 0,64 mm. Consumul de ap d, de asemenea, gradul de civilizaie al unei ri. El variaz ntre 3 litri/om/zi n zonele aride ale Africii i 1054 litri/om/zi la New-York.

2.3.1. Normele consumului de ap Cunoaterea cantitilor de ap necesare pentru satisfacerea consumului, precum i

variaiile acestuia n perioadele de exploatare, constituie un element fundamental de care depinde:

- alegerea soluiei tehnice privind: - sursa de alimentare cu ap;

- procesul tehnologic de tratare a apei; - transportul i nmagazinarea apei; - schema de distribuie a apei la consumator.

- asigurarea i condiionarea eficienei economice n timp a investiiei, deoarece instalaiile interioare i exterioare cu alimentare cu ap comport investiii foarte mari. Analiza superficial a cantitii i variaiei consumului de perspectiv poate duce la

necesitatea unor lucrri ulterioare costisitoare, prezentnd riscul de a nu se ncadra funcional n sistemul de alimentare cu ap proiectat iniial. Aceste considerente au dus la normarea cantitii de ap necesar pentru satisfacerea diferitelor consumuri (STAS 1478 si 1343).

Pentru determinarea cantitii de ap necesar se utilizeaz urmtoarele noiuni: necesarul specific de ap, necesarul de ap, cerina de ap.

Necesarul de ap reprezint suma cantitilor de ap livrate loco branament tuturor beneficiarilor/utilizatorilor.

Cerina de ap este cantitatea de ap care trebuie prelevat dintr-o surs pentru satisfacerea necesarului (nevoilor) raional de ap ale unui beneficiar/utilizator.

Necesarul specific de ap reprezint cantitatea de ap pe o zi (valoarea medie), raportat la unitatea de folosin (consumator).

2.3.2. Normele consumului de ap pentru alimentarea cu ap a centrelor populate Pentru alimentarea cu ap a centrelor populate se efectueaz calcule tehnico-

economice, definindu-se necesarul de ap i consumul de ap. Standardul SR 1343-1 (Alimentri cu ap. Determinarea cantitilor de ap potabil

pentru localiti urbane i rurale) elaboreaz principiile pe baza crora s se poat determina cantitile de ap care trebuie asigurate de sistemul de alimentare cu ap potabil a unei



21

[2010]

localiti, precum i debitele de dimensionare a sistemului de alimentare cu ap n regim de funcionare continu.

Conform acestui standard sistemul de alimentare cu ap reprezint ansamblu de construcii specifice, instalaii i msuri constructive cu ajutorul crora se asigur apa potabil la toat sau la cea mai mare parte din populaia localitii. n ansamblul su, sistemul asigur captarea apei dintr-o surs natural, tratarea la calitatea cerut de consumator conform prescripiilor legale n vigoare, transportul, nmagazinarea i distribuirea la utilizatori n cantitatea, de calitatea i la presiunea normal de folosire. Utilizatorii sunt definii ca fiind consumatori fizici de ap (locuitori n case, elevi n coli, paturi de spital, funcionari n administraie, locuri de hotel, .a.) sau uniti specifice de producie pentru care se folosete apa potabil (ton pine, hl. de suc mbuteliat, ton produse lactate, etc.)..

Necesarul de ap potabil pentru localiti cuprinde total sau parial urmtoarele categorii de ap:

a) ap pentru nevoi gospodreti: but, preparare hran, splatul corpului, splatul rufelor i vaselor, curenia locuinei, utilizarea WC-ului precum i pentru animale de pe lng gospodriile proprii ale locuitorilor;

b) ap pentru nevoi publice: uniti de nvmnt de toate gradele, cree, spitale, policlinici, bi publice, cantine, cmine, hoteluri, restaurante, magazine, cofetrii, uniti pentru prepararea local a buturilor rcoritoare, fntni de but ap;

c) ap pentru nevoi gospodreti n uniti industriale dac acestea au asigurat apa potabil din sistemul centralizat de alimentare cu ap;

d) ap potabil pentru alte folosine care nu pot fi asigurate de sisteme independente. In aceast categorie intr stropitul strzilor, splatul pieelor i strzilor, stropitul spaiilor verzi, splarea/desfundarea reelei de canalizare. Pentru toate aceste folosine este recomandabil s nu se utilizeze apa potabil din sistem i s se foloseasc surse alternative de ap netratat (apa decantat din ru, apa din lacuri, apa subteran din stratul freatic);

e) ap pentru nevoile proprii sistemului de alimentare cu ap: prepararea soluiilor de reactivi, splarea filtrelor, splarea aduciunilor, splarea conductelor reelelor de distribuie i splarea rezervoarelor;

f) necesar de ap pentru acoperirea pierderilor inevitabile n sistemul de distribuie datorate avariilor i imperfeciunilor de execuie;

g) necesar de ap pentru combaterea incendiului n situaiile n care reeaua de distribuia apei potabile asigur i cantitile de ap pentru combaterea incendiului.

Apa pentru nevoi gospodreti i nevoi publice (Ns) se determin pe baza urmtoarei relaii:

ps nNN = (1) unde: N - este numrul de locuitori; np - norma specific de ap. S-a adoptat norma specific de ap pentru etapa actual de 310 l/om,zi pentru mediul urban i 150 l/om,zi pentru mediul rural, iar la nivelul anului 2050 conform STAS 1343/1-91 norma specific de 340 l/om,zi pentru mediul urban i 200 l/om,zi pentru mediul rural considernd necesitatea creterii gradului de confort al populaiei. Numrul de locuitori pentru anul a2 se estimeaz pe baza urmtoarei relaii:

Na2= (1+r)nNa1 (2)

unde:



22

[2010]

r - este sporul populaiei; n - numrul de ani fa de anul de referin a1; Na1 - numrul de locuitori n anul de referin a1. Cerina de ap se determin innd seama de:

- necesarul de ap; - nevoile tehnologice ale sistemului de alimentare cu ap i canalizare: pentru

splarea aduciunilor, a reelelor de distribuie, a reelei de canalizare, asigurarea tehnologiei de funcionare a staiilor de epurare etc.;

- pierderile de ap n aduciune i reeaua de distibuie. Relaia de calcul pentru cerina de ap Qs are urmtoarea form:

Qs=KsKpNs (3) unde: Ks - este coeficient care ine seama de nevoile tehnologice ale sistemului de alimentare cu ap i canalizare care, pentru surse de ap subterane sau de suprafa cu staie de tratare se consider 1,10, iar pentru surse de ap subterane fr staie de tratare Ks=1,02; Kp - coeficient prin care se ine seama de pierderile de ap tehnic admisibile n reeaua de aduciune i distribuie care se consider 1,25; Ns - necesarul de ap determinat pe baza relaiei (1). Necesarul de ap pentru unitaile industriale trebuie s includ: ap tehnologic, ap pentru nevoi igienico sanitare, ap pentru incendii, ap pentru alte utilizri. Necesarul de ap tehnologic, N, se determin conform STAS 1343/0 89 cu relaia:

= nuN (4) n care: u - este numrul de unitai din mrimea sau capacitatea caracteristic a folosinei:

tone, metri cubi, metri ptrai, buci etc., n perioada considerat n necesarul de ap specific corespunztor unitailor de capacitate a folosinei, n

metri cubi pe unitate de produs. Cerina de ap pentru unitai industriale trebuie s includ:

- ap tehnologic, ap pentru nevoi igienico sanitare, ap pentru refacerea rezervei intangibile dup un incendiu i ap pentru alte utilizri;

- ap pentru nevoile tehnologice ale sistemului de alimentare cu ap i canalizare; - ap pentru nevoile tehnologice ale instalaiilor de recirculare i reutilizare; - ap pentru acoperirea pierderilor, inevitabile din aduciune i reeaua de

distribuie. Cerina de ap tehnologic, Qs, se determin astfel:

- n sistemele fr recirculare sau reutilizare, cu relaia:

DNKK

Q PSs= (5)

n care: KS - este coeficient supraunitar care ine seama de nevoile tehnologice ale instalaiilor de tratare i epurare ale sistemului de alimentare cu ap i canalizare; Kp - coeficient supraunitar care ine seama de pierderile de ap n aduciune i n reeaua de distribuie; N necesarul de ap; D durata de timp, pentru care a fost calculat necesarul de ap.

- n sistemele cu recirculare sau reutilizare, cu relaia:



23

[2010]

( )D

NrKNKQ rSS

+= rN-K P (6) n care: r - este gradul de recirculare i reutilizare a apei Kr - coeficient subunitar care ine seama de nevoile tehnologice ale instalaiilor de

recirculare i reutilizare a apei, inclusiv de pierderile de ap ale acestor instalaii. Cerina de ap pentru nevoile tehnologice ale sistemului de alimentare cu ap i canalizare splarea aduciunii, a reelelor de distribuie, pentru staiile de tratare i epurare, evacuarea zpezii, etc., se stabilete corespunztor tehnologiilor adoptate pentru prelucrarea apei, innd seama i de lungimea reelelor. Coeficientul Kr care ine seama de nevoile tehnologice ale instalaiilor de recirculare i reutilizare, are urmtoarele valori:

Kr = max. 0,05 pentru debite recirculate mai mici sau egale cu 1 m3/s;

Kr = max. 0,03 pentru debite recirculate mai mari de 1m3/s.

Necesarul de ap i cerina de ap pentru celelalte nevoi respectiv: nevoi igienico sanitare, refacerea rezervei de incendiu i nevoi pentru splarea vehicolelor i pentru stropirea i splarea spaiilor de circulaie etc. se determin pe baza standardelor specifice. [STAS 1343/1-77, STAS 1478-84, STAS 12260-84]. Cerinele de ap agricole sunt constituite din cerinele de ap pentru irigaii i cerinele de ap pentru zootehnie. Cerinele de ap pentru irigaii se determin pe baza urmtoarei relaii:

TDNS

Q iriir = (7)

unde: i este randamentul sistemului de irigaii incluznd pierderile pe canale, suprafee inactive etc.; S - suprafaa irigat; Nir - norma de irigaii; DT - numrul de secunde dintr-o lun. Norma de irigaii pe perioada de calcul se determin aplicnd ecuaia de bilan:

Nir=ETP-P-F-Ri+Rf (8) unde: ETP este evapotranspiraia real; P - precipitaii lunare; F - aport de ap din pnza freatic; Ri - rezerva iniial de umiditate din sol la nceputul perioadei luate n considerare; Rf - rezerva final de umiditate din sol la sfritul perioade de calcul. Aceast rezerv trebuie s fie egal cu cantitatea de ap din sol pentru care cultura irigat are randamentul maxim. Evapotranspiraia potenial lunar se determin de regul cu formula lui Thornthwaite. Necesarul de ap pentru unitile zootehnice cuprinde: necesarul pentru consumul biologic al animalelor, necesarul tehnologic pentru evacuarea dejeciilor din hale, splarea i dezinfectarea halelor, prepararea hranei, ntreinerea instaliilor tehnologice, necesarul pentru obiectele anexe ale halelor de cretere a animalelor.



24

[2010]

Necesarul de ap specific total este n funcie de categoria de animale i de modul de

evacuare a dejeciilor i este dat n STAS 1343/3-86 (de exemplu 120 m3/1000 animale,zi

pentru vaci cu lapte, 0,40 m3/1000 animale,zi pentru gini, 31 m

3/1000 animale,zi pentru

porci la ngrat). La determinarea cerinelor de ap pentru zootehnie se ine seama de coeficientul de pierderi de ap Kp care variaz ntre valorile 1-1,1 n funcie de categoria de animale conform STAS 1343/3-96. Necesarul de ap pentru o amenajare piscicol include apa pentru:

- umplere; - primenire ntreinerea mediului, asigurarea curentului; - compensarea pierderilor naturale de ap evaporaia la nivelul luciului de ap, evapotranspiraia florei acvatice i palustre, infiltraia n sol.

Necesarul de ap pentru umplere se stabilete n funcie de cerina ihtiotehnologic, innd seama de durata umplerii. Necesarul de ap pentru primenire este de maxim 5l/s,ha, cu excepia:

- amenajrilor pentru iernat, pentru care acest necesar este de maxim 30l/s,ha; - pstrvriilor, pentru care acest necesar se ia astfel nct s asigure primenirea

complet a apei de maximum 6 ori pe zi. Cantitatea lunar de ap pentru primenire se calculeaz inndu-se seama de variaia anual a necesarului de ap corespunztor tehnologiei; pentru pstrvrii, necesarul pentru primenire este constant tot timpul anului. Necesarul de ap pentru compensarea pierderilor naturale de ap se calculeaz n funcie de:

- caracteristicile climatice ale zonei i gradul de acoperire cu vegetaie a amenajrii piscicole, pentru compensarea evaporaiei i evapotranspiraiei;

- natura solului, tipul i vechimea amenajrii, pentru compensarea infiltraiei n sol.

Necesarul de ap pentru pstrvrii, n funcie de sursa de alimentare este de: 1,4

m3/s,ha din izvor, 2,5 m

3/s,ha din lac de acumulare i de 3,5m

3/s,ha din pru.

Cantitatea de ap restituit din amenajrile piscicole reprezint 99% din necesarul de ap de primenire, la care se adaug necesarul de umplere. Alimentarea cu ap i evacuarea apei la pstrvrii se realizeaz cu debit constant n tot cursul anului. Cerinele de ap ecologice n prezent nu exist o definiie oficial unanim recunoscut a acestor cerine, respectiv a debitului ecologic dar, etimologic vorbind, sensul care i se atribuie este cel de debit care asigur conservarea ecosistemelor acvatice. n literatura de specialitate din Frana este denumit debit de garanie ecologic. n anexa nr.1 la Legea apelor nr.107/1996, este definit debitul salubru ca: debitul minim necesar ntr-o seciune pe un curs de ap, pentru asigurarea condiiilor naturale de via ale ecosistemelor acvatice existente. Debitul ecologic necesar n albia rului aval de lucrrile hidrotehnice are rolul de a asigura:

- protecia ecosistemelor acvatice i a ecosistemelor limitrofe cursului de ap; - cerintele de ap ale folosinelor situate n aval; - alimentarea apelor subterane; - asigurarea diluiei, respectiv proteciei calitii apelor.



25

[2010]

3. Apa i proprietile ei generale

3.1. Structura molecular a apei

Secole de-a rndul apa a fost considerat ca fiind un element. n 1781, fizicianul englez H. Cavendish a artat c apa se formeaz prin explozia unui

amestec de hidrogen i oxigen, cu ajutorul scnteii electrice. n 1783, Lavoisier a repetat experiena, realiznd pentru prima oar sinteza cantitativ

a apei. S-a stabilit atunci c 2g de hidrogen se combin cu 16g oxigen pentru a da 18g ap. n 1805, Humboldt i Gay-Lussac au artat c apa este format din dou volume de

hidrogen i un volum de oxigen. Apa natural (fig.3.2) const din amestecul speciilor de izotopi ai oxigenului: 16O,

17O, 18O, cu cei trei izotopi ai hidrogenului: 1H, 2H, 3H (fig. 3.1).

Fig. 3.1.Izotopii hidrogenului

Fig.3.2. Molecula de ap [30]

Combinarea acestora genereaz 18 specii de molecule de ap. Apa pur este ntotdeauna un amestec de ap uoar (H2O - formul nfiinat de

italianul Stanislau Cannizzarro) i de cantiti extrem de mici de ap grea (D2O) i ap hipergrea (T2O).

Apa este substana aparent cea mai comun i totui ieit din comun, prin caracterele fizico-chimice de excepie, din care deriv proprieti unice.

Apa se prezint n natur sub trei forme: solid (zpada i gheaa), lichid (apa chimic pur sau n soluie), gazoas (la diferite grade de presiune i saturaie).

Schimbarea de faz a apei depinde esenial de temperatur i de presiune, dar i de gradul de poluare a atmosferei. Figura 3.3 prezint diferitele condiii de temperatur i presiune pentru cele trei stri de agregare ale apei, precum i transformarea de faz.



26

[2010]

Figura 3.3. Diagrama de faz a apei

Tabelul 3.1. Proprietile fizice ale apei lichide

Stare de agregare Culoare Miros Gust Pt Pf

Densitatea la 40C

Conductibilitatea

electric

Lichid

Incolor(n straturi

groase este albastru)

Inodor Insipid 0

0C 1000C 1g/cm3 izolator

Apa curat este transparent, inodora i nu are gust. n strat subire este incolora iar n

strat mai gros albastr. Reeaua molecular a apei n stare solid (gheaa) prezint un numar aproape dublu de

legturi de hidrogen dect a apei n stare lichid. Acest lucru este explicat de faptul ca cei doi atomi de hidrogen legai covalent de oxigen formeaz dou legturi de hidrogen cu moleculele vecine. Deoarece cele doua covalene din ap au o anumit orientare (un unghi de 105), moleculele de ap sunt orientate n cristalul de ghea dupa o schema tetraedric.

Fig.3.4. Structura gheii [30]

Din cauza acestei aezri a moleculelor, cristalul de ghea are o structur afnat (cu

goluri). Structura intern a gheii explic unele anomalii ale apei:



27

[2010]

- densitatea gheii mai mic dect a apei lichide, - creterea volumului prin solidificarea (nghearea) apei.

Anomalia densitii apei are o mare influen asupra climei planetei i a vieii animalelor i plantelor. Cnd apa rurilor, a lacurilor i a mrilor scade sub 4 grade, stratul de la suprafa, fiind mai uor ramne la suprafa i nghea aici. Fiind protejate de stratul de ghea, apele mai adnci nu nghea pn la fund, ci au, sub stratul de ghea, temperatura de 4 grade la care via plantelor i animalelor poate continua.

3.2. Proprietile fizice ale apei

Principalele proprieti fizice ale apei sunt: temperatura, transparena, luminozitatea,

turbiditatea, culoarea, densitatea, conductibilitatea electric, cldura specific, radioactivitatea .a..

Cele organoleptice (la a cror determinare se utilizeaz simurile) sunt reprezentate prin gust i miros.

a. Temperatura este o mrime fizic scalar prin care se apreciaz starea de nclzire a unui sistem fizic. Valoarea sa este exprimat prin diferite scri termometrice. Puse n contact, mai multe corpuri au, dup un timp, aceeai temperatur. Temperatura unui corp este cu att mai mare cu ct energia cinetic a particulelor sale este mai mare.

Termometria este tiina care se ocup cu metodele de determinare a temperaturii corpurilor. Aceste metode se bazeaz fie pe variaia cu temperatura a unei mrimi caracteristice corpului respectiv (de exemplu strlucire), fie pe cea a unei mrimi caracteristice a unui alt corp aflat n contact cu primul (termometru de dilatatie, termometru cu rezisten).

Termometrul este un instrument pentru msurarea temperaturii corpurilor cu care este pus n contact, bazat pe variaia unei marimi caracteristice unei anumite substane numit corp termometric. Dup natura variaiei exist termometre cu dilataie (cu lichid (mercur) sau cu gaz (aer, hidrogen, heliu) ) i termometre cu rezisten ce conin un conductor sau semiconductor a crui rezisten variaz cu temperatura.

Temperatura apelor naturale variaz n spaiu i timp, n funcie de tipul apei (de suprafa sau subteran). Ea este influenat de regimul termic al aerului, dependent la rndul su de latitudine i altitudine. n cazul apelor de suprafa temperatura depinde i de adncimea i dinamica lor, n timp ce la apele subterane, un rol important revine adncimii la care acestea sunt situate. Astfel, la latitudini medii, temperatura apelor aflate la 10-30 m sub nivelul terestru este relativ constant, de 8-10C.

S-a constatat c influena oscilaiilor termice ale aerului se resimte n interiorul scoarei pn la nivelul zonei neutre (izotermice), unde temperatura este constant, fiind egal cu temperatura medie a aerului din regiunea respectiv. Adncimile acestei zone sunt variabile, de la 5-6 m n regiunea ecuatorial, la 20-30 m n Europa Central i la cca. 100 m n Siberia. Sub zona neutr temperatura crete n medie cu 1C la 33 m (treapta geotermic normal).

Apele curgtoare au temperaturi ce oscileaz ntre 0C iarna i 25-26C vara (la latitudini medii). n cazul lacurilor, n afar de variaiile termice lunare se remarc i oscilaii pe vertical, ndeosebi la cele cu adncimi mari.

Temperatura apei are o mare importan n dezvoltarea biocenozelor, fiind un factor determinant.

b. Transparena depinde de cantitatea i dimensiunile substanelor minerale i organice n suspensie, de natura substratului, de prezena vegetaiei acvatice etc. Gradul de transparen este indicat de grosimea stratului de ap (n m sau cm) prin care se pot distinge contururile unui



28

[2010]

obiect. n cazul apelor superficiale, pentru determinarea transparenei se utilizeaz discul lui Secchi, iar n cel al apelor subterane, firul de platin cu diametrul de 1 mm i 25 mm lungime, fixat la captul unui cablu de 1,20 m. Dac acest fir nu mai poate fi observat pn la adncimea de 1,20 m, apa este considerat tulbure.

Un alt instrument ce poate permite stabilirea transparenei este fluoroscopul. c). Luminozitatea este cantitatea de radiaie solar, ce cade pe o anumit suprafa

terestr n decursul unei perioade de timp. Unitatea de msur a luminozitii este luxul. Altfel spus. luxul este unitatea de msur a efectului de iluminare a suprafeelor. Un

lux reprezint iluminarea unei suprafee cu aria de un metru ptrat, care primete un flux luminos uniform repartizat de un lumen [14]:

2mlm

lx1 = .

n natur luminozitatea variaz n jurul a 0,01 lx pentru o noapte cu lun plin i n jurul a 100000 lx n mijlocul unei zile nsorite de var.

Pentru msurarea intensitii luminoase a apei se va folosi luxmetrul de laborator. Luxmetrul este un instrument pentru msurarea iluminrii, cu o construcie asemantoare fotometrului, care efectueaz determinri fotoelectrice.

Figura 3.5. Luxmetru de laborator

Luxmetrele pentru msurtori n aer i ap sunt prevzute cu un cap de msurare montat prin intermediul unui cablu lung de 10 m.

d)Turbiditatea se dovedete a fi un parametru hotrtor n multiple aplicaii, cum ar

fi: tratarea apelor potabile, a apelor reziduale sau a lichidelor n diverse faze ale proceselor de fabricaie.



29

[2010]

Msurarea turbiditii este un mod rapid de a ti cnd, cum i de ce trebuie tratat o ap n conformitate cu specificaiile cerute. n cazul apei potabile, turbiditatea este relevant din trei motive: ) Estetice: orice ap potabil turbid produce consumatorului reacie imediat. )De filtrabilitate: o dat cu creterea turbiditii crete dificultatea fitrrii i costurile acesteia. )De dezinfecie: O valoare mare a turbiditii este un indicator al prezenei materiei organice i a microorganismelor n ap, care duce la creterea cantitii de clor sau de ozon necesar dezinfeciei surselor de ap potabil studiate. Suspensiile solide din lichide, cum ar fi algele, nmolul, microbii sau alte particule, absorb i difuzeaz lumina incident. Cu ct particulele sunt mai numeroase cu att turbiditatea crete. Forma, talia i compoziia particulelor influeneaz, de asemenea turbiditatea apei. Pentru a msura turbiditatea este necesar s msurm lumina care traverseaz lichidul. Din punct de vedere tiintific, turbiditatea este un parametru sumant, care indic existena unui numr necunoscut de substane diferite, coninute n lichidul msurat. n cazul parametrului turbiditate acestea sunt substanele sau elementele chimice sub form nedizolvat. Putem defini turbiditatea, ca fiind proprietatea fizic ce se manifest prin reducerea transparenei apei i este cauzat de prezena n ap a substanelor minerale i organice n suspensie, precum i a gazelor. Uniti de msur ale turbiditii Turbiditatea se exprim n mg/l sau grade de turbiditate. Ca unitate de msur, ncepnd cu anul 1975, a fost introdus suspensia-formazin, preluat din standardul american de msurare a turbiditii. Unitatea de msur a fost denumit TE/F. Urmtoarele uniti de msur sunt identice:

FTU=NTU=TE/F; 1 (NTU) = 7.5 ppm SiO2; unde: FTU (formazine turbidity units - uniti de turbiditate - formazin), uniti cunoscute i sub denumirea de NTU - uniti de turbiditate nefelometrice. La apele curgtoare turbiditatea reprezint cantitatea de aluviuni n susupensie, existent ntr-un volum de ap ( 3m/g , sau l/mg ) i se determin prin analiza apei. Msurarea turbiditii Aprecierea turbiditii se poate realiza prin comparaii cu soluii etalon n scara silicei. Astfel de determinri pot fi fcute cu ajutorul dispozitivelor automate (turbidimetre) i al celulelor fotoelectrice. Turbidimetria este procedeul fizic de msurare a turbiditii. Turbidimetria si nefelometria reprezint aplicaii analitice ale fenomenelor asociate difuziei luminii fig.3.6- (difuzia luminii reprezint fenomenul de mprtiere a luminii datorat neomogenitilor mediului, indiferent dac acesta este gazos, lichid sau solid).



30

[2010]

Figura 3.6 - Reprezentarea schematic a principiului de msurare a tubiditii Astfel, la trecerea luminii printr-un mediu dispers, heterogen (sistem coloidal), dac neglijm lumina reflectat, putem scrie, innd cont de difuzia i absorbia luminii:

IIII da ++=0 (1) unde s-a notat cu I0 - intensitatea luminii incidente, Ia - intensitatea luminii absorbite, Id - intensitatea luminii difuzate i I - intensitatea luminii transmise. Tubidimetria este o tehnic nefelometric n care unghiul de observaie , este zero adic msurarea se face n lumin transmis. Pentru aceste determinri pot fi folosite spectrofotometrele din domeniul vizibil sau instrumente specializate denumite turbidimetre. Se pot utiliza ca surse luminoase lmpi cu filament din wolfram, dar acestea consum o cantitate mare de energie. Aceste surse luminoase au fost nlocuite cu fotodiodele, care au o durat de via mai mare, consum mai redus de energie i sunt mai stabile. Unele aparate utilizeaz tuburi bazate pe descrcri n gaze, cu xenon. Prin utilizarea unui chopper aceste surse pot fi intermitente reducnd energia consumat. Exist modele de aparate care combin sistemul de difuzie lateral (90) cu transmiterea direct a luminii. Aceste instrumente permit s se fac o distincie ntre lumina absorbit de materialele dizolvate n ap i particulele n suspensie. Dei ambele categorii de materiale contribuie la atenuarea intensitii razei incidente, numai particulele n suspensie provoac difuzia luminii. Locul msurrii turbiditii: Msurarea turbiditii se face n funcie de situaia real. Turbiditatea apei potabile se poate msura: ) n cadrul barajelor lacurilor de acumulare a apei. n aceste locuri, prin ploi puternice sau inundaii pot fi aduse nisipuri, nmoluri i componente de argil n rezervorul de ap, care la rndul lor, vor perturba n mod considerabil procesul de preparare a apei. ) n cadrul instalaiilor de folosire a apelor din fntni. n aceste cazuri, anumite valori limit nu ar trebui depite, pentru ca procesul ulterior de filtrare s nu fie ngreunat. ) n cadrul reglrii i supravegherii proceselor de sedimentare sau filtrare n cazul instalaiilor de purificare a apelor. Prin msurarea turbiditii se poate descoperi nemijlocit i urgent un proces perturbat de sedimentare, sau de blocare prematur a filtrelor. ) n cadrul filtrelor. Prin instalarea unui turbidimetru la ieirea unei camere de filtrare, se poate controla, foarte simplu, prin observarea procesului de demarare a filtrului, efectul procesului de resplare a filtrelor. n practic s-a dovedit c o resplare a filtrelor la cteva ore dup demarare influeneaz filtratul. Pe lng aceasta se poate economisi o cantitate apreciabil de ap de resplare, dac procesul de resplare se oprete la o turbiditate de 20



31

[2010]

FNU. Prin aceasta se formeaz o turt de filtrare nou, prin care se mbuntete filtrarea iniial. ) n laboratorul uzinei de ap. O msurare precis a turbiditii este inevitabil dac se urmrete livrarea unei ape de calitate ridicat. Msurarea turbiditii apei la staiile de epurare ) n cadrul pre-epurrii, msurarea turbiditii nu este de folos. ) n faza regimului nmolului activat, prin msurarea turbiditii se poate concluziona asupra coninutului de materii solide. n acest regim de msurare este necesar utilizarea unui turbidimetru cu un dispozitiv de autocurare a ferestrei de msur. ) Nivelul nmolului poate fi determinat cu ajutorul msurrii turbiditii prin introducerea unei sonde speciale de turbiditate n apa de nmol, pn cnd valoarea turbiditii se schimb brusc. Valoarea adncimii de introducere a sondei se poate citi pe cablul de msurare a sondei. ) Evitarea deversrii nmolului la gura de scurgere a decantorului este pe deplin asigurat prin folosirea unei sonde ieftine (fr pomp) de turbiditate cu autocurarea ferestrei de msur. ) Se msoar turbiditatea n punctele de control a staiilor de decantare a apelor reziduale ct i n fluvii. Msurarea turbiditii n industrie n industrie sunt necesare controlul i supravegherea diverselor procese de filtrare. ) Aparate de msurare a turbiditii pot fi instalate la controlul filtrrii la urmtoarele tipuri de filtre: filtru cu camer, filtru cu membran, filtru cu rame, filtru sub presiune, filtru cu vid si filtru de band. ) n diverse procese tehnologice specifice unor industrii: industria berii, industria zahrului (de exemplu n timpul procesului de preparare a sucului subire i gros), industria galvanic, producerea vinului i a alcoolului. ) Alte domenii de aplicaie a msurrii turbiditii ar fi la: alimentarea cu ap a cazanelor, circuitele de rcire cu ap, bazine de not, etc.

e. Densitatea medie a apei reprezint masa cuprins n unitatea de volum i este direct influenat de temperatura pe care o are apa.

]/[, 3mkgvm

a

aa =

Pentru calculul densitii apei pure, n kg/m3, n funcie de temperatur (T n C), sunt recomandate relaii de forma:

- Thiesen - Scheel - Diesselhorst [Handbook of hydrology, 1992]:

( ) ( )

+++= 29863,3

12963,682,50892994,28811000 T

TT

a

- n [Steeter, 2000] este recomandat relaia: ( ) ( ) ( )( ) 48

35232

109037785,9

10509571,310097451,710216485,49399,999

TTTTa

++=

Variaia neliniar a densitii. Densitatea maxim a apei este de 1 g/cm3. Ea se atinge la temperatura de 4C i presiunea de o atmosfer. ntre 0C i 4C, densitatea crete de la 0,99987 g/cm3 la 1g/cm3, dup care scade, ajungnd la temperatura de 25C la 0,99707 g/cm3.



32

[2010]

Prezena punilor de hidrogen produce n apa lichid asociaii moleculare de tip polimeric (H2O)n, n funcie de temperatur.

Exemplu: La presiunea de 1 atm (101325 Pa) i temperatura de 4oC (277,15 K), apa este din

punct de vedere statistic un amestec de 30% trimer (avnd =9080 kg/m3) 70% dimer (avnd =10500 kg/m3), rezultnd o densitate de =104 kg/m3 - densitatea maxim a apei.

n schimb, gheaa are o densitate inferioar ( =9100 kg/m3), motiv pentru care ea se formeaz i plutete la suprafaa apei, realiznd un strat protector sub care viaa poate continua.

De asemenea, scderea densitii la nghe produce fisurarea stncii n care s-a infiltrat apa, deschiznd calea pentru rdcinile plantelor, n schimb congelarea esuturilor vii produce lezarea lor prin expansiune. Producerea densitii maxime la 4C face ca pe fundul celor mai adnci uniti acvatice, aceast temperatur s permit existena vieii bentonice.

Pentru substanele solide dizolvate n ap, legtura dintre densitatea apei a , densitatea solidului dizolvat sd i densitatea amestecului (apa cu coninut de particule solide dizolvate) s , este:

+

+=

+

+=+

+=a

s

a

s

a

a

s

a

s

a

a

sa

ass

VVmm

VVmm

Vm

VVmm

1

1

1

1

unde: Vs este volumul solidului, iar Va este volumul apei, ms = sd Vs - masa solidului, ma= aVa - masa apei.

Concentraia substanelor solide dizolvate se poate exprima n [mg/l]. f. Salinitatea apei reprezint raportul dintre masa de sare i masa de ap marin,

format din ap i sare. Salinitatea se exprim n [g/kg] (g sare/ kg ap marin) sau [ppm] (pri pe milion).

n practic, pentru calculul densitii unei soluii n funcie de salinitate (S), se folosesc formule aproximative. De exemplu:

22/3 SCSBSAas +++=

4

2643

49372531

108314,4106546,1100277,11072466,5

103875,5102467,8106438,7100899,41024493,8

=+=

++=

CTTB

TTTTAu

nde: S este salinitatea n [g/kg], T este temperatura n [C], iar a este densitatea apei pure (funcie de temperatur.

Cu o bun aproximaie, n practic se folosesc relaii liniare de forma: ( )( )( )C

ST

Cr

sr

Tr

+=+==

111

n care T ,S ,C sunt coeficienii de dilatare volumic pentru temperatur, salinitate i concentraie de sediment, r reprezint o densitate de referin n jurul creia apar perturbaii liniare, iar T , S , C sunt diferenele de temperatur, salinitate i concentraie de sediment care provoac modificarea densitii.

Exemplu: Apa de mare cu o densitate de 1025 kg/m3 are salinitatea S= 35 g/l, r =


Gabriela Dana

57910892-Saiar-Curs

Documents

Transcript of 57910892-Saiar-Curs