i

STUDII SI CERCETARI

PRIVIND UTILIZAREA TEHNOLOGIILOR INFORMATICE

IN PROIECTAREA AMENAJARILOR DE PREVENIRE SI

COMBATERE A EXCESULUI DE APA IN SPATIUL RURAL

Prevenirea şi eliminarea excesului de umiditate este unul dintre instrumentele cele mai

importante de management al apelor pentru durabilitatea sistemelor de producţie a culturilor

agricole şi comportă lucrări şi măsuri tehnice complexe, diferenţiate în funcţie de condiţiile din

fiecare zonă.

Abordarea modernă a lucrărilor de eliminare a excesului de umiditate presupune

realizarea unor analize ample, care nu se pot realiza decât cu ajutorul unor modele matematice

complexe, ce se bazează pe utilizarea sistemelor informatice.

O serie de metode noi apărute în domeniul proiectării asistate de calculator au ca

rezultate creşterea calităţii activităţii de cercetare-proiectare prin lărgirea şi aprofundarea

domeniilor de investigare ştiinţifică, creşterea productivităţii prin utilizarea aplicaţiilor

software avansate pentru alegerea şi verificarea ipotezelor de lucru, selectarea conceptelor,

elaborarea automată a documentaţiei, posibilitatea utilizării simulării numerice, optimizarea

formelor şi tehnologiilor, răspuns rapid la modificarea parametrilor iniţiali.

Teza de doctorat cu titlul „Studii si cercetari privind utilizarea tehnologiilor

informatice in proiectarea amenajarilor de prevenire si combatere a excesului de apa in

spatiul rural” şi-a propus să studieze şi să analizeze utilizarea tehnologiei informatice în

proiectarea lucrărilor de eliminare a excesului de umiditate şi să propună cele mai adecvate şi

moderne aplicaţii software, care să fie folosite ca platformă generală de proiectare asistată de

calculator şi aplicaţii software specifice pentru anumite părţi din proiect sau pentru evaluarea

soluţiilor.

Analiza privind utilizarea tehnologiilor informatice în proiectarea amenajărilor de

prevenire şi combatere a excesului de apă în spaţiul rural s-a realizat pe proiectul “Eliminarea

excesului de umiditate din zona Ghelinţa-Brateş”, judeţul Covasna, folosit ca studiu de caz.

Obiectivele generale şi specifice urmărite în cadrul lucrării de doctorat sunt enumerate în

capitolul introductiv. Pentru fiecare dintre obiectivele generale enunţate, s-a formulat şi

motivaţia care a stat la baza stabilirii lor, ilustrându-se pe scurt şi câteva dintre soluţiile propuse

pentru depăşirea limitărilor existente.

Capitolul II al tezei tratează fenomenul de exces de apă pe terenurile agricole, sub

aspectul definirii sale, al cauzelor care îl produc şi al factorilor care îi favorizează apariţia şi

ii

manifestarea. Sunt prezentate efectele negative ale fenomenului şi modalităţile de prevenire şi

combatere prin prevederea de lucrări de desecare-drenaj. Se face, de asemenea, o prezentare

succintă a lucrărilor de desecare-drenaj din România.

În cadrul analizei stadiului actual al problematicii abordate în lucrarea de doctorat din

capitolul 3, se face o trecere în revistă a modului de utilizare a tehnologiei informatice în

proiectarea lucrărilor de prevenire şi eliminare a excesului de apă de pe terenurile agricole pe

plan internaţional şi în România. Sunt prezentate aplicaţiile software folosite la proiectarea

lucrărilor de eliminare a excesului de apă din sol şi de la suprafaţa terenului, care se utilizează pe

scară largă pe plan internaţional, şi cele care se utilizează în România, în cadru mai restrâns.

Capitolul IV, intitulat „Materialul si metoda de cercetare utilizate” prezintă viziunea

autorului în ceea ce priveşte modul de abordare a utilizării tehnologiei informatice în proiectarea

lucrărilor de eliminare a excesului de apă, respectiv ca o activitate complexă, care trebuie să

implice pe lângă rezolvarea anumitor aspecte legate strict de proiectarea sistemelor de drenaj

(probleme de dimensionare şi pozare, materiale utilizate) şi rezolvarea modului de amplasare în

teren a acestor sisteme în directă conexiune cu topografia terenului, cu celelalte lucrări existente

în perimetrul respectiv, realizarea profilelor longitudinale şi transversale în direct legătură cu

volumele de lucrări (săpătură şi umplutură) precum şi proiectarea detaliată a canalelor colectoare

şi structurilor auxiliare ale sistemului de drenaj.

Sunt prezentate echipamentele necesare (cerinţe hardware) pentru realizarea obiectivelor

propuse, sistemul de operare, mediul virtual folosit pentru testarea unor aplicaţii software

utilizate , platform de proiectare aleasă. Ca urmare a cerinţelor calitative existente pe plan

naţional şi internaţional şi a necesităţii de a avea acces la un volum mare de date stocate în

diferite formate electronice (atât CAD cât şi GIS), s-a hotărât selectarea unei aplicaţii software

moderne şi performante, care să permită prelucrerea unei game lagi de tipuri de date şi informaţii

in format electronic. Dupa o analiză aprofundată a aplicatiilor software disponibile în ţara

noastră, analiză desfăşurată de-a lungul unei perioade de mai mulţi ani, s-a decis utilizarea

aplicaţiei AutoCAD Civil 3D ca platform de proiectare.

Se face o prezentare pe scurt a modulelor de calcul hidraulic şi hidrologic (Hydraflow

Extensions) incluse în AutoCAD Civil 3D, a metodelor de calcul utilizate de acestea precum şi

modul de introducere a datelor hidrologice specifice României in formatul utilizat de aceste

module.

În continuare, sunt tratate aplicaţiile software folosite pentru prelucrarea datelor in format

GIS şi aplicaţia LanDTM folosită ca variantă alternativă pentru generarea modelului digital al

terenului.

iii

Capitolul V al tezei de doctorat prezintă cadrul natural al perimetrului Brateş-Ghelinţa,

din judeţul Covasna, perimetru în care se află sistemele de drenaj utilizate ca studiu de caz în

analiza privind utilizarea tehnologiilor informatice în proiectarea amenajărilor de prevenire şi

combatere a excesului de apă. Sunt sintetizate condiţiile climatice, relieful şi geomorfologia,

topografia terenului, condiţiile geologice, pedologice, hidrologice şi hidrogeologic în perimetrul

analizat. S-au prezentat şi folosit 2 aplicaţii software specifice care să contribuie la întocmirea

studiilor de teren şi la o mai bună cunoaştere a condiţiilor în care urmează să se realizeze

proiectul, respectiv Harmonized World Soil Database şi Soil Water Characteristics.

În capitolul VI al lucrării, intitulat „Rezultate obţinute şi interpretarea acestora” se

face o amplă analiză şi testare a mai multor aplicaţii software de modelare şi proiectare

specializate, în domeniul sistemelor de eliminare a excesului de apă de pe terenurile agricole,

subliniindu-se concluziile desprinse din analiză şi testare şi limitările acestora. Sunt tratate astfel:

aplicaţii de proiectare a drenurilor absorbante (WaSim-DrainSpace, ESPADREN,

EnDrain), prezentându-se metodologia de calcul a distanţei între drenurile

absorbante, utilizată în aplicaţiile software analizate şi realizându-se analize

comparaţive între aplicaţii şi rezultatele obţinute cu acestea;

aplicaţii de determinare/verificare a diametrului şi lungimii drenurilor (WaSim-

DrainSpace, ESPADREN);

aplicaţii software de proiectare a drenurilor colectoare - Pipe Design (Multiple) –

DrainSpace;

aplicaţii software specializate în modelarea comportării în exploatare sistemelor de

drenaj şi a analizei comparative între diferite soluţii de proiectare (DRAINMOD şi

WaSim);

aplicaţii software de proiectare a canalelor colectoare secundare şi principale

(Hydraflow Express şi Hydraulic Toolbox), prezentându-se metodologia de

dimensionare a reţelei de canale folosită şi calculul de dimensionare şi verificare a

secţiunilor transversale şi a caracteristicilor hidraulice ale canalelor colectoare;

aplicaţia Aquaterra, de proiectare a canalelor colectoare;

aplicaţii software de dimensionare a podeţelor tubulare ( Hydraflow Express şi HY-

8) şi metodologiei de calcul utilizată de acestea.

Capitolul VII al tezei este destinat concluziilor şi contribuţiilor personale. Se subliniază

că realizarea unui proiect de eliminare a excesului de apă presupune determinarea combinaţiei

optime a următoarelor grupe de variabile:

iv

schema de drenaj care trebuie adoptată: tipuri de drenuri, structuri şi sistem de

evacuare a apelor; capacităţi, distante, adâncimi, pante; metode şi materiale de

construcţie etc.

modul de folosinţă al terenului: culturi, rotaţia culturilor, practici agricole, etc.

condiţii de mediu: standarde de calitate a apei care trebuie respectate, arii protejate,

impactul asupra mediului a sistemelor de drenaj.

sistemul de management: proceduri de organizare instituţională, proceduri de

întreţinere şi exploatare, aspecte financiare.

Metodele actuale de proiectare a lucrărilor de eliminare a excesului de umiditate s-au

dezvoltat în timp şi sunt, în esenţă, un set de metode şi proceduri prin care variabilele menţionate

anterior sunt determinate în parte pe baza unor ipoteze stabilite a-priori şi în parte pe bază de

relaţii empirice sau analitice stabilite pentru schemele de desecare-drenaj adoptate. Acestea

trebuie combinate cu metodele moderne de proiectarea asistată de calculator – Computer Aided

Design, care cuprind: definirea problematicii, analiza, generarea modelului, rularea aplicaţiilor şi

realizarea proiectului, evaluarea rezultatelor şi editarea.

Principalele contribuţii personale aduse în cadrul lucrării sunt:

- modul de abordare al proiectelor de eliminare a excesului de apă din sol, din punct de

vedere al proiectării asistate de calculator;

- succesiunea de înlănţuire a etapelor de parcurs în elaborarea proiectelor şi aplicaţiile

utilizate în fiecare etapă;

- configurarea celui mai adecvat sistem de calcul pentru realizarea procesului de

proiectare în structura propusă;

- analiza posibilităţilor de obţinere a informaţiilor despre teren şi perimetrul de studiu prin

soluţii alternative studiilor topografice, geologice, hidrologice din teren, ca variantă de

completare/confirmare a datelor necesare întocmirii studiilor de fezabilitate şi proiectelor;

- studiul şi analiza unor aplicaţii software noi;

- contribuţii la dezvoltarea unor aplicaţii software (LanDTM) şi propuneri de

îmbunătăţire şi particularizare pentru condiţiile specifice din Romania (AutoCAD Civil

3D, modulele Hydraflow);

- combinarea originala a mai multor tipuri de aplicaţii software pentru obţinerea unor

proiecte cu grad ridicat de informatizare.

Aceasta viziune nouă de abordare a lucrărilor de proiectare a sistemelor de eliminare a

excesului de apă de pe terenurile agricole, presupune:

v

- prelucrarea hărţilor în aplicaţii precum LanDTM sau AutoCAD Map pentru obţinerea

modelului digital al terenului,

- folosirea unor foi proprii de calcul elaborate în Microsoft Excel sau Open Office, în care

să se realizeze bilanţul apei şi să se calculeze debitele şi volumele de evacuat,

- utilizarea unor aplicaţii software specifice de tipul ESPADREN sau DrainSpace pentru

determinarea distanţei între drenuri, a diametrului şi lungimii drenurilor absorbante şi

drenurilor colectoare,

- folosirea modulelor specifice de calcule hidraulice şi hidrologice ale aplicaţiei AutoCAD

Civil 3D – Hydraflow sau SSA (AutoCAD Civil 3D 2012) pentru modelarea curgerii în

canale deschise şi,

- folosirea aplicaţiei AutoCAD Civil 3D pentru prelucrarea tuturor datelor de intrare şi

rezultatelor obţinute cu aplicaţiile specializate menţionate anterior şi transpunerea lor într-

un singur format digital care să conţină informaţii complete despre sistemul proiectat

(coordonate, caracteristici geometrice, atribute,etc.) şi care să se concretizeze în planuri ale

sistemelor proiectate, profile transversale şi longitudinale şi chiar şi cantităţi de lucrări.