1

STUDIU TEORETIC I EXPERIMENTAL AL PROPAGRII UNUI POLUANT SOLUBIL PE SECTORUL COERENI-SLOBOZIA AL RULUI IALOMIA

Autori: Popa Radu1, Drobot Radu2, Popescu Delia Mihaela3, Nistoran Daniela Elena1, Ionescu Cristina Sorana1, Popa Bogdan1

1 Universitatea Politehnica Bucureti, Catedra de Hidraulic, Maini hidraulice i Protecia mediului

2 Universitatea Tehnic de Construcii Bucureti, Facultatea de Hidrotehnic

3 Universitatea Ecologic Bucureti, Facultatea de Ecologie

Abstract: Calitatea apelor curgtoare a devenit astzi o problem din ce n ce mai dezbtut, pentru rezolvarea creia se propun diverse soluii. Lucrarea de fa vine n sprijinul acesteia, propunnd o modalitate de furnizare a datelor necesare evalurii impactului surselor potenial poluatoare, care s se realizeze cu ajutorul unor modele de prognoz. Astfel, s-a ales ca sector de studiu, tronsonul Coereni-Slobozia al rului Ialomia, ncadrat din punct de vedere al calitii apei n clasa degradat. Pe acest sector, cu ajutorul unui program de calcul al propagrii poluantului, s-a realizat o modelare a variaiei concentraiei de poluant n timp i spaiu, n diferite scenarii de accidente sau poluri cronice. Calitatea modelului s-a putut verifica pe baza datelor experimentale din teren, curbele de restituie rezultate, respectnd alura polutogramelor obinute din modelare.

1. Generaliti

Calitatea apelor curgtoare este puternic influenat de agenii poluatori (sursele de ape uzate). Pentru a putea stabili msurile adecvate de protecie a calitii apelor curgtoare, trebuie luat n considerare impactul individual al fiecrei surse de poluare pe anumite zone sau tronsoane ale receptorilor naturali. Aceasta presupune att un monitoring al tuturor surselor potenial poluatoare, ct i necesitatea unor modele de prognoz capabile s furnizeze datele necesare evalurii impactului n diferite scenarii.

n ceea ce privete calitatea apelor curgtoare, o parte din rezultatele pentru anul 2006, prezentate n raportul de mediu ntocmit de A.N.P.M. sunt evideniate n Fig. 1a i b.

Repartizarea lungimilor de ru pe clase de calitate pentru anul 2006

0

500

1000

1500

2000

Tisa

Nera

-Ce

rna Jiu Ol

t

Vede

aSir

et Prut

Litor

al

Lun

gim

ea r

ulu

i [km

]

calitatea Icalitatea IIcalitatea IIIcalitatea IVcalitatea V

Fig. 1a Repartizarea lungimii rurilor pe categorii de calitate n anul 2006 (http://www.anpm.ro/Files/RaportStareaMediului_Cap03_Apa_200710295614279.pdf)

2

b. Fig. 1b Harta calitii apei rurilor pentru anul 2006

(http://www.anpm.ro/Files/RaportStareaMediului_Cap03_Apa_200710295614279.pdf)

Dup cum se poate observa din figur, din punct de vedere al calitii apelor, pentru anul 2006, la nivelul tuturor bazinelor hidrografice din Romnia, bazinul hidrografic Ialomia (avnd o suprafa de 9431 km2) se ncadreaz pe locul doi dup Olt n clasa de calitate III degradat. n comparaie cu majoritatea celorlalte bazine hidrografice, aceste date dovedesc c spaiul hidrografic Ialomia-Buzu este expus la pronunate presiuni de poluare, concretizate n surse difuze (ngrminte chimice, pesticide) i surse punctiforme, ca de exemplu:

- rul Ialomia prin descrcrile de ape uzate insuficient epurate; - Slobozia - pnza freatic n zona platformei chimice S.C. AMONIL S.A. Slobozia; - Slobozia, Urziceni, Feteti, ndrei - acviferul din zona platformelor de gunoi

oreneti; - ndrei, Miloeti, Grindu, Reviga, Movilia, Fierbini - apa potabil care prezint

depiri la azotai Principala problem care apare n privina acestor presiuni majore o constituie

insuficiena datelor de monitoring, n special date privind coninutul de substane prioritare, prioritar/periculoase i metale grele n apele uzate evacuate de ctre surse de poluare punctiforme, precum i lipsa datelor pentru calculul ncrcrii de poluani ce ajung n apele de suprafa din surse difuze. Astfel, n lipsa acestor date i n scopul prevenirii polurii, se consider util conceperea unui model de propagare a poluantului, adaptat s ruleze cazurile de poluare n diferite scenarii. Pentru aceasta, lucrarea i propune s prezinte un punct de plecare pentru modelarea calitii apei pe ruri, pornind de la calculul variaiei concentraiei de poluant n timp i spaiu pe tronsonul de studiu Coereni-Slobozia n diferite scenarii de accidente sau poluri cronice.

3

2. Modelul de calcul hidraulic unidimensional n regim permanent pe albii naturale

Pentru cunoaterea mrimilor hidraulice necesare calculelor de transport al poluanilor solubili pe ruri, s-a utilizat un model de calcul n regim permanent, n ipoteza unidimensional a curgerii (1D). n acest sens, sectorul de studiu Coereni-Slobozia al rului Ialomia fost discretizat n tronsoane elementare de calcul delimitate de profilele transversale msurate, mrimile hidraulice fiind calculate prin metoda diferenelor finite n fiecare seciune (Fig. 2).

Fig. 2 Discretizarea albiei n tronsoane elementare de calcul

Calculul suprafeei libere se face plecnd de la ecuaia diferenial a micrii permanente gradual variate n albii prismatice (Popa, R., 1997). Prin integrarea acesteia n diferene finite ntre dou seciuni consecutive i i i+1 ale unui tronson elementar de calcul, rezult cota necunoscut a suprafeei libere a apei de la unul din capetele tronsonului:

( ) ( )iii

i

ii

i

iii zGzFK

x

AQ

Kx

AQzz =

++= +

++

+ 1222

21

21

21 22

(1)

n aceast ecuaie: Q = debitul din regim permanent, z = cota suprafeei libere, = coeficientul pierderilor de sarcin locale pe sectorul de calcul respectiv: = 0 pe sectoare convergente (vitez n aval mai mare dect n amonte); (-1; -0.5) pe sectoare divergente.

x = lungimea sectorului elementar de calcul A = aria seciunilor transversale ce delimiteaz tronsonul elementar de calcul,

corespunztoare nivelului de calcul. K = modulul de debit n seciunea curent.

Condiiile la limit n regim de curgere lent (numrul Fr < 1) sunt: cot cunoscut (nivel cunoscut) pe frontiera aval i debit cunoscut pe frontiera amonte ale sectorului de calcul

Ecuaia anterioar s-a rezolvat utiliznd dou programe de calcul: 1. o schem iterativ cu proprieti rapide de convergen, bazat pe dezvoltri n serie

Taylor un program scris n limbaj Pascal (Popa, 1997). 2. programul HEC-RAS (pentru verificare), care are la baz tot o schem iterativ

(bazat pe metoda secantei) n diferene finite. Cunoscnd nivelul suprafeei libere i geometria fiecrei seciuni transversale (i prin urmare ariile udate), se pot calcula vitezele i toi ceilalti parametri hidraulici utili pentru calculul de propagare a poluantului.

x H

Sector de ru

Tronson elementar de calcul

4

3. Modelul matematic al propagrii poluantului

Evoluia concentraiei medii pe seciune, C, a poluantului n lungul unei albii naturale n regim hidraulic permanent unidimensional, este descris de ecuaia de transport convectiv-dispersiv scris sub forma diferenial (Graf, 1996):

( ) AkCx

CAExx

QCt

CA =

+

, (2) n care s-a presupus c poluantul sufer o reacie de degradare de ordinul unu. Mrimile caracteristice din ecuaie reprezint:

E = coeficientul de dispersie masic longitudinal k = coeficientul vitezei de reacie chimic a substanei active [1/timp]; semnul minus

arat c substana activ se descompune (dispare) n timp Primul termen reprezint variaia local a concentraiei poluantului, cel de-al doilea este termenul convectiv, al treilea termenul dispersiv, iar ultimul, termenul responsabil de descompunerea prin reacie n timp a poluantului.

Ecuaia cu derivate pariale de tip parabolic s-a integrat prin metoda volumelor finite aplicat pentru sectorul de albie, delimitat de seciunile 1 (amonte) i n (aval). Dac i-1, i i i+1 sunt trei astfel de seciuni succesive (Fig. 3), n jurul fiecrei seciuni de calcul i, se definete un volum finit asociat, delimitat de interfeele w (la stnga) i respectiv e (la dreapta) plasate de regul la jumtatea distanelor dintre noduri

Fig. 3 Schi de notaii folosite pentru modelul matematic al propagrii poluantului

Pentru fiecare seciune de calcul i se cunoate cota suprafeei libere la debitul considerat Q i deci se pot calcula parametrii hidraulici i geometrici de interes: A suprafaa seciunii vii, V viteza medie a curentului, B limea la suprafaa liber, P perimetrul udat, R = A/P raza hidraulic, H = A/B adncimea medie. Pe baza a numeroase date experimentale culese pe cteva zeci de ruri din S.U.A., s-a determinat o ecuaie de regresie care leag coeficientul de dispersie masic longitudinal E, de parametrii curgerii, sub forma:

238.0

8.74

=

AHQE (3)

astfel nct acest coeficient poate fi evaluat pe baza datelor de regim hidraulic din fiecare seciune. n aceast metod, presupunnd cunoscute concentraiile la un moment dat t, ecuaia (2) se integreaz pe fiecare volum finit i pe pasul de timp pentru a obine ecuaii de aproximare din care s rezulte concentraiile la momentul curent t+ t. Pentru integrarea ecuaiei s-a inut cont de:

k 1 2

xn-1 xi xi-1 x1 i+1 i i-1

xn

n n-1

xi e w

interfee

5

fluxul total (convectiv + dispersiv) x

CAEQCJ

= n expresia cruia (AE)

reprezint termenul general de difuzie de forma ( ) ( ) ( )( ) ( ) 112

+

+

+=

ii

iie AEAE

AEAEAE pentru

interfaa e din Fig. 3;

numrul Peclet la interfa, care n cazul interfeei e este ( ) ( )ei

ee AExQ

P

=

aproximri ale primului i celui de-al doilea din termenii integrrii de

forma jij

i

tt

t

CCdtt

C+=

++

1

, respectiv ( )[ ]+

++=

tt

t

ji

ji CCtdtC 11 n care

este un coeficient de pondere i 0 1. Valoarea acestui coeficient imprim tipul de schem numeric i pentru > 0.5 rezult o schem implicit care nu pune probleme de stabilitate la calculul soluiei numerice.

Astfel, ecuaia de aproximare rezultat innd cont de observaiile anterioare se prezint sub forma

ij

iij

iij

ii dCcCbCa =+++

+++

11

111 (4)

n care:

tkcabxAct

cxAat

a iiiii

ii

ii

ii +=

=

= 1;;''

, j

iij

iij

iii CcCbCad 1**

1*

+ ++= , cu

t)(kcab;xA

ct)(c;

xAat)(

a*i

*i

*i

ii

'

i*i

ii

'

i*i

=

=

= 1111 .

Ecuaia de aproximare (4) se scrie pentru toate nodurile interioare de calcul, adic i = 2, 3, ..., n-1, rezultnd un sistem de ecuaii algebrice liniare cu necunoscutele 1+jiC , i = 1, n, rezolvarea lui obinndu-se printr-un algoritm specific (de exemplu Thomas sau Colesky) (Popa, R., 1998).

n prima ecuaie a sistemului se admite c se cunoate polutograma care intr n sector, deci 11

+jC , iar ecuaia devine: 1

1221

321

22+++

=+ jjj CadCcCb (5) iar n ultima ecuaie a sistemului se accept c procesul nu este influenat dect n amonte, ceea ce permite s se considere Cn-1 = 0. Rezolvarea se reia apoi pentru momentul tj+2 , .a.m.d., pn la acoperirea orizontului de timp.

4. Descrierea sectorului de studiu i a datelor hidro-topo-batimetrice disponibile

Modelele de calcul hidraulic i respectiv de propagare a poluanilor descrise anterior, au fost utilizate pentru un studiu de caz privind rul Ialomia. Sectorul de studiu a fost ales ntre staiile hidrometrice Coereni i Slobozia (Fig. 4) n lungime de circa 125 km).

Pe acest tronson s-a dispus de date topo-batimetrice constnd n 30 profile transversale spaiate pe segmente de albie cu lungimi cuprinse ntre 493 i 16640 m. Distanele dintre profile msurate pe teren au fost corectate folosind programul Google Earth. n Fig. 5 este reprezentat pentru exemplificare profilul transversal al seciunii de la Alexeni (punctele delimiteaz albia major de cea minor).

6

Fig. 4 Localizarea sectorului de studiu n spaiul hidrografic al bazinului Buzu-Ialomia

Fig. 5 Profil transversal n seciunea Alexeni

Cu ajutorul programului HEC-RAS s-au realizat interpolri liniare la distane de 2 km ntre seciunile msurate de pe tronsonul studiat, rezultnd n final un numr de 80 profile de calcul, care au fost utilizate n modelul de propagare a poluanilor.

Srata

Coereni Alexeni

0 100 200 300 400 500 600 70040

42

44

46

48

50

RS = 24 Alexeni 16

Distanta (m)

Cota

(m

)

suprafata libera

.09 .04 .09

suprafata libera

talveg

maluri

7

Ca date hidrologice, s-a utilizat o cheie limnimetric nregistrat n anul 2006 la Slobozia, la extremitatea aval a sectorului de studiu (Fig. 7). De asemenea, s-a dispus de valoarea debitului pe Ialomia msurat n data de 22 noiembrie 2006 la Coereni i de cea a nivelului apei msurat la Slobozia (Q = 28 m3/s , respectiv cot aval z = 19.17 mdMN).

18

19

20

21

22

23

0 50 100 150 200 250 300

Q[m3/s]

H[m

]

Fig.7 Cheia limnimetric valabil pentru anul 2006 n seciunea Slobozia

Mai trebuie menionat faptul c pe sectorul Coereni Slobozia, exist un singur afluent lateral, Srata, avnd confluena n amonte de Alexeni. La 22.11.2006 cnd pe Ialomia era un debit mai mare dect debitul mediu multianual (n valoare de circa 22 m3/s), aportul acestui afluent a fost de 0,22 m3/s adic, sub 1% din debitul cursului principal. Mai mult, pe hrile de cadastru al apelor din Romnia, rul Srata este trecut n categoria celor cu potenial mare de secare n perioadele deficitare hidric. n consecin, att la calculul regimului hidraulic, ct i pentru eventuala diluie a poluanilor, afluentul respectiv a fost ignorat. Referitor la coeficientul de rugozitate Manning, n lipsa unor date nregistrate care s poat fi utilizate la calibrare, acesta a fost estimat orientativ la valorile de 0,04 ntre Coereni (km 0) i Ciochina i respectiv 0,045 n aval de aceast poziie.

5. Msurtori experimentale

Verificarea calitativ a fenomenului de transport convectiv-dispersiv al unui poluant solubil s-a realizat pe rul Ialomia, pe un sector situat ntre Coereni i Urziceni-Manasia, ntr-un studiu experimental folosind ca trasor Rodamina B1. Acest trasor netoxic si biodegradabil este potrivit deoarece poate fi detectat prin metode spectrofluorimetrice n probe de ap, chiar i n concentraii foarte mici. Timpul de njumtire al Rodaminei B este de circa 780 h, ea putnd astfel simula un poluant conservativ. n ideea simulrii unei poluri accidentale instantanee, toat cantitatea de rodamin (circa 3 kg) a fost deversat deodat n seciunea Coereni (Fig. 8). Probele de concentraie au fost prelevate n trei seciuni aval, situate la distane de 2, 4 i 6 km de locul de injecie, la intervale de timp cuprinse ntre 3-5 minute. Alegerea primei seciuni de msur s-a fcut astfel nct distana fa de Coereni s fie suficient de mare pentru a permite amestecul complet al trasorului n seciunea transversal a rului. n primele dou seciuni probele au

1 colorant fluorescent netoxic, sub form de pulbere, solubil n metanol i ap, folosit ca trasor n curgeri pe

ruri

8

fost luate de la mal, iar n cea de-a treia, din mijlocul rului. Pe perioada efecturii msurtorilor debitul rului Ialomia se presupune c a rmas constant la valoarea de 28 m3/s.

Fig. 8 Injectarea trasorului n seciunea Coereni

Analiza probelor s-a realizat a doua zi n laborator, cu ajutorul spectrofluorimetrului, dispozitiv capabil s detecteze concentraii de ordinul 10-6 g/l. Pe baza rezultatelor obinute s-au trasat cele trei curbe de restituie (polutograme) din seciunile corespunztoare de msur (cu puncte in Fig. 9).

Fig. 9 Curbele de restituie (polutogramele) nregistrate n cele 3 seciuni situate aval de locul de injecie

Slobozia

0.00 10.00

20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

0 50 100 150 200 250 300 Timp (min)

Con

cen

tra

ie (p

pb) Coereni 8km

Coereni 6km Coereni 4km

9

Originea axei timpului reprezint momentul iniial al prelevrii probelor n prima seciune din amonte. Ariile de sub curbele ce aproximeaz valorile msurate au fost calculate i au rezultat ca fiind: 9,1 10-5 gs/l, 8,2 10-5 gs/l i respectiv 9,2 10-5 gs/l. Valoarea aproximativ aceeai a acestei arii pune in eviden caracterul conservativ al poluantului.

6. Rezultate numerice

Ambele modele hidraulice rulate n aceleai condiii la limit i cu aceleai valori ale rugozitii au dus la valori ale nivelului suprafeei libere practic identice. n Figura 10 se prezint linia suprafeei libere a apei pe sectorul de studiu.

Fig. 10 Profil longitudinal al tronsonului de curgere pe sectorul Coereni Slobozia

Modelul de transport al poluantului conservativ a fost aplicat mai nti folosind datele hidro nregistrate: debit amonte la Slobozia, pe 22.11.2006 n dou scenarii de calcul: poluare accidental i poluare cronic. S-au trasat polutogramele calculate n cteva seciuni din aval de locul de injecie pentru a se urmri evoluia concentraiei n timp i spaiu. Aceste grafice sunt necesare pentru a se cunoate momentul i locul necesare unei intervenii ct mai prompte n vederea unei depoluri ct mai eficiente. n cele ce urmeaz se prezint rezultatele scenariilor de calcul considerate.

6.1. Poluare accidental

n acest caz s-a presupus c n prima seciune Coereni, dintr-o surs lateral sau provenind din amonte, se formeaz n emisar o polutogram C(t) la care concentraia substanei respective crete de la 2 mg/l (valoare neglijabil admis n mod natural pe albie) la 100 mg/l n primele 10 ore i apoi revine la o valoare rezidual de 5mg/l n urmtoarele 10 ore, rmnnd constant la aceast valoare pe urmtoarele circa 5 zile.

Astfel pentru un poluant conservativ (coeficient al vitezei de reacie k = 0), rezultatele simulrii fcute cu un pas t = 0.5 h, se observ (Fig. 11) c momentele apariiei maximelor

0 20 40 60 80 100 12015

20

25

30

35

40

45

50

Distanta dintre profile (km)

Cote

(m

)

Ci...

Ivan

e...

Stej.

..

punte

...

punte

Bu

ie...

pod

rutie

r A.

..

aval

O

rboi

esti

ferm

a O

rboi

esti

Cioc

hina

iesi

re Ca

zanes

ti

Ore

zu

Sara

tuic

a

pod

Cras

ani

Cras

anii

de su

s

Mal

uBa

rbat

escu

Ion R

oata

Alex

eni

av. M

anas

iaM

anas

iaam

. Co

nfl.

Sa

rat

Cose

reni

Ialomita Cosereni-SloboziCoereni-Slobozia

10

de concentraie n seciunile extreme sunt departajate prin circa 69 ore, iar maximele concentraiilor rezultate n profilele de afiare succesive apar fa de Coereni astfel: la Malu (circa 71 mg/l) dup 5 ore, la Crsanii de sus (circa 54 mg/l) dup 9,5 ore, la Sruica (circa 39.6 mg/l) dup 18,5 ore, la Czneti (circa 32 mg/l) dup 29,5 ore, la Orboieti (circa 27 mg/l) dup 42 ore, la Andreti (circa 23.5 mg/l) dup 54,5 ore, la Periei (circa 23.1 mg/l) dup 59,5 ore, iar la Slobozia (circa 22,5 mg/l) dup 69 ore

Fig. 11 Evoluia concentraiei unui poluant conservativ n timp i spaiu, n ipoteza unei poluri accidentale

Alura polutogramelor calculate i atenuarea maximului acestora n spaiu este similar cu cea a polutogramelor msurate n cazul similar reprodus pe teren, pe acelai sector de ru (Fig. 9).

6.2 Poluare cronic

n acest scenariu s-a presupus c la extremitatea amonte apare o polutogram n care concentraia crete liniar pn la 50 mg/l n 10 ore i apoi rmne la aceast valoare constant. Din Fig. 12 se poate constata avansarea spre aval a condiiilor de regim permanent pentru poluant, la valoarea de palier de 50 mg/l. Practic, n acest scenariu de calcul, dup 6 zile simulate, concentraia maxim s-a instalat pn la Orboieti, iar n extremitatea aval atinge valoarea 49.7 mg/l.

Pentru analiz s-au refacut calculele anterioare n cazul unui poluant neconservativ ce sufer o reacie de degradare de ordin nti, avnd coeficientul vitezei de reacie k = 0.1 zi-1. Din Fig. 13 se observ c valorile de palier ale concentraiei poluantului pentru situaia de regim permanent n seciuni succesive spre aval sunt din ce n ce mai reduse, ca urmare a reaciei suferite de acesta. innd seama de concentraia din aval la sfritul simulrii (36,65 mg/l) se poate estima c, pe ntregul sector, efectul reaciei de degradare reduce concentraia de la 50 mg/l la circa 35 mg/l, n condiii de regim permanent.

Slobozia

Coereni

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200T(h)

C(m

g/l)

CoereniMaluCrsanii de susSruicaCzneti (ieire)Orboieti (ferm)Andreti (pod rutier)Periei (punte)Slobozia

11

Fig. 12 Variaia concentraiei unui poluant conservativ n timp i spaiu, n ipoteza unei poluri cronice

Fig. 13 Evoluia concentraiei unui poluant neconservativ n timp i spaiu n ipoteza unei poluri cronice

6.3 Alte scenarii de poluare n cazuri extreme

Avnd n vedere faptul c problemele de poluare devin mult mai severe n condiii de etiaj, s-au reluat analizele presupunnd pe Ialomia un debit de 10 m3/s, adic mai puin dect jumtate din debitul mediu multianual.

Coereni

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200

T(h)

C(m

g/l)

CoereniMaluCrsanii de susSruicaCzneti (ieire)Orboieti (ferm)Andreti (pod rutier)Periei (punte)Slobozia

Slobozia

Slobozia

Coereni

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00T(h)

C(m

g/l)

CoereniMaluCrsanii de susSruicaCzneti (ieire)Orboieti (ferm)Andreti (pod rutier)Periei (punte)Slobozia

12

Pentru a pstra condiiile la sursa de poluare oarecum asemntoare n cele dou regimuri de debite, se poate admite foarte grosier c: a. dac la Q = 28 m3/s s-a presupus o concentraie maxim a polutogramei din amonte de

100 mg/l; b. atunci aceeai sarcin de poluare la surs, va genera o concentraie maxim n amonte, de

280 mg/l pentru un debit pe albie de 10m3/s. Se observ aadar din Fig. 14, ntrzierea atingerii maximelor n seciuni succesive

fa de cazul debitului de 28 m3/s (viteze mai mici) i reducerea procentual mai mare a acestor maxime (efect mai pronunat al dispersiei n raport cu advecia).

Astfel, momentele (i maximele) de atingere fa de Coereni sunt: la Malu (175.3 mg/l, adic 62.5% fa de 71% n cazul anterior) dup 6,5 ore, la Crsanii de sus (104.1 mg/l respectiv 37.2% fa de 54%) dup 13 ore, la Sruica (72.4 mg/l - 25.9% fa de 39.6%) dup 28 ore, la Czneti (58.2 mg/l respectiv 18.9% fa de 32%) dup 44 ore, la Orboieti (44.5 mg/l - 15.9% fa de 27%) dup 68 ore, la Andreti (36.1 mg/l adic 12.9% fa de 23.5%) dup 91 ore, la Periei (35.3 mg/l - 12.6% fa de 23.1%) dup 101 ore, iar la Slobozia (34,3 mg/l reprezentnd 12.3% fa de 22.5%) dup 119 ore

Dei maximul polutogramei din amonte are o valoare aproape tripl a concentraiei n emisar fa de cazul anterior (la debit mare), la ieirea din sector diferena ntre cele dou maxime este mult redus (34.3 mg/l fa de 22.5 mg/l) ca urmare a creterii importanei dispersiei longitudinale.

Fig. 14 Evoluia concentraiei unui poluant conservativ n timp i spaiu, n ipoteza unei poluri accidentale la debit de etiaj

Pentru cazul n care la extremitatea amonte apare o polutogram n care concentraia crete liniar timp de 10 ore, pn la palierul de 140 mg/l, se obin curbele de concentraie din Fig. 15.

Slobozia

Coereni

0

50

100

150

200

250

300

0 20 40 60 80 100 120 140 160T(h)

C(m

g/l) Coereni

MaluCrsanii de susSruicaCznetiOrboieti (ferm)Andreti (pod rutier)Periei (punte)Slobozia

13

Fig. 15 Evoluia concentraiei unui poluant conservativ n timp i spaiu, n ipoteza unei poluri cronice la debit de etiaj

Dac se admite ipoteza poluantului neconservativ, avand coeficientul vitezei de reacie k = 0.1 zi-1, se obin polutogramele din Fig. 16.

Fig. 16 Evoluia concentraiei unui poluant neconservativ n timp i spaiu, n ipoteza unei poluri cronice la debit de etiaj

Din cauza vitezelor mult mai mici, n nici una din situaiile evideniate n Fig. 15 i 16 nu se instaleaz condiii de regim permanent dect pe aproximativ jumtate din lungimea tronsonului, pe parcursul celor 6 zile simulate.

Slobozia

Coereni

020406080

100120140160

0 50 100 150 200T(h)

C(m

g/l)

CoereniMaluCrsanii de susSruicaCzneti (ieire)Orboieti (ferm)Andreti (pod rutier)Periei (punte)Slobozia

Slobozia

Coereni

020406080

100120140160

0 50 100 150 200T(h)

C(m

g/l)

CoereniMaluCrsanii de susSruicaCzneti (ieire)Orboieti (ferm)Andreti (pod rutier)Periei (punte)Slobozia

14

Este uor de constatat (Tabel 2) i rata comparativ de reducere prin degradare a concentraiei n regim permanent, C = 100 (C1 - C)/C1 pentru profilele Malu, Crsanii de sus i Sruica, funcie de mrimea debitului (vitezei) i deci de timpul de cantonare n albie.

Tabel 1 Rata comparativ de reducere prin degradare a concentraiei n regim permanent n funcie de mrimea debitului i a concentraiei

Profil (Km) Q = 28 m3/s; C = 50 mg/l Q = 10 m3/s; C = 140 mg/l C(mg/l) C(%) C(mg/l) C(%)

7.75 48.75 2.50 135.3 3.35 18.25 47.55 4.90 128.8 8.00 30.20 45.52 8.96 120.8 13.70

Aa cum era de ateptat, n condiii de debite reduse, scderea concentraiei prin reacie, n regim de poluare cronic, este mai pronunat dect la debite mari.

7. Concluzii

Modelul matematic de calcul al evoluiei concentraiei poluantului n timp i spaiu este util pentru prognoza momentului i locului n care ajunge unda poluant ntr-un caz real de poluare. Acest lucru este indispensabil n cazul lurii msurilor de limitare i control ale fenomenului.

Rezultatele obinute pentru evoluia concentraiei poluanilor n timp i spaiu prin simulare numeric sunt n acord cu procesele fizice i chimice care apar pe albii naturale. Polutogramele calculate n cazul unei poluri accidentale cu poluant conservativ au aceeai alur cu cele rezultate din msurtori pe teren, ntr-un caz similar, pe acelai sector de ru.

Analiznd diverse scenarii de calcul s-a putut pune n eviden cel mai defavorabil caz, din punct de vedere al unui utilizator de ap din aval. Acesta este cel al unei poluri cronice din amonte, cu un poluant conservativ.

Regimul hidrologic influeneaz valorile concentraiei poluantului din ru n sensul n care cea mai periculoas situaie este cea de curgere n regim de secet (la etiaj).

n mod evident, dac s-ar dispune de date suficiente pentru profilele transversale, nivelurile i debitele corespondente nregistrate, precum i de date nregistrate n experimente dirijate privind poluarea apei, ar fi posibil ca modelele matematice s se calibreze adecvat i apoi s fie utilizate ca instrumente de prognoz/analiz a unor eventuale accidente de poluare. Din pcate ns, uneori lipsesc tocmai datele privind cantitatea sau debitul de poluant deversat, cazuri n care gradul de incertitudine al prognozelor modelului crete foarte mult.

Bibliografie

1. W. H. Graf, (1996) Hydraulique Fluviale, vol II, Ecoulement non permanent et phenomenes de transport, Traite de Genie Civile, de lEcole polytechnique federale de Lausanne;

2. Popa, R., (1997), Elemente de hidrodinamica rurilor, Ed. Didactic i Pedagogic, R.A., Bucureti, Romnia

3. Popa, R., (1998), Modelarea calitii apei din ruri, Ed. H*G*A*, Bucureti, Romnia

4. http://www.anpm.ro/Files/RaportStareaMediului_Cap03_Apa_200710295614279.pdf